科普｜讓細胞遵循正確的“說明書”——2024年諾貝爾生理學或醫學獎成果再次揭示生命的精妙

2024年諾貝爾生理學或醫學獎“花落”美國科學家維克托·安布羅斯和加里·魯夫坎。他們關于微小核糖核酸及其在轉錄后基因調控中作用的發現，再次揭示生命的精妙。他們的工作也展現了人類不斷超越已知、探索新知的前行過程。

讓細胞遵循正確“說明書”

儲存在染色體內的信息堪稱我們體內所有細胞的“工作說明書”。每個細胞都含有相同的染色體，也就是說每個細胞都含有完全相同的基因組和完全相同的指令集。

但細胞們為什么會表現出不同的功能？例如，眼睛中的細胞對光敏感，而腸道細胞則要有吸收養分的通道。特定的細胞和器官有特定的功能，基因是如何在正確的細胞中被激活呢？

答案就在于基因調控。它允許每個細胞只選擇相關的指令，確保每種細胞類型中只有正確的基因組處于活躍狀態。也就是說，通過精確控制基因的開啟和關閉，每種細胞類型都能選擇性地使用適合自己的那部分“說明書”。

20世紀60年代，人們發現一種稱為轉錄因子的特殊蛋白質可以與脫氧核糖核酸中的特定區域結合，合成相應的信使核糖核酸，而信使核糖核酸又作為模板，合成表達特定基因功能的蛋白質。從那時起，數千種轉錄因子被鑒定出來，人們一度認為基因調控的主要原理已經被研究清楚了。

小蠕蟲帶來大突破

然而，安布羅斯和魯夫坎在1993年發表的兩篇論文卻打開了新天地。

20世紀80年代末期，安布羅斯和魯夫坎在2002年諾獎得主羅伯特·霍維茨實驗室從事博士后工作，他們對不同類型細胞如何發育產生了濃厚興趣。

在霍維茨的實驗室中，他們研究了一種相對不起眼的約1毫米長的蠕蟲——秀麗隱桿線蟲。盡管體型很小，秀麗隱桿線蟲卻擁有許多特殊的細胞類型，例如神經細胞和肌肉細胞，這些細胞在更大、更復雜的動物中也有，這使得這種線蟲成為研究多細胞生物組織發育和成熟的有用參照物。

生物體內的核糖核酸分為兩種：一種是參與編碼蛋白質的核糖核酸，如指導合成蛋白質的信使核糖核酸；另一種是不能編碼蛋白質的核糖核酸，即非編碼核糖核酸。微小核糖核酸正是非編碼核糖核酸中的一種，由于它是僅有21-23個核苷酸組成的短鏈，因此被稱作微小核糖核酸。

兩位科學家分別研究了線蟲的兩個突變類型：lin-4和lin-14，它們在發育中表現出基因激活時間的異常。在研究中，安布羅斯發現了第一個微小核糖核酸，幾乎同一時期魯夫坎發現了相關調控機制，并指出lin-4和lin-14的基因調控發生在蛋白質合成階段，而不是信使核糖核酸生成階段。

評獎委員會成員、卡羅琳醫學院教授斯滕·林納爾松7日接受新華社記者采訪時解釋說，基因在正確的細胞中被激活，“其中一個機制是我們之前理解的轉錄因子，而微小核糖核酸的發現則展示了另一個新的調控機制，它可以抑制信使核糖核酸的功能，從而使細胞表現出不同的特性。”　　　　　

研究成果“井噴”但仍需不斷探索

科學界起初認為，安布羅斯和魯夫坎所發現的新的基因調控機制可能是秀麗隱桿線蟲的特殊之處，與人類沒有什么關系。這種看法在2000年發生了改變，因為魯夫坎研究小組發現了另一種微小核糖核酸let-7，它存在于整個動物界。這引起了人們的極大興趣。

如今，關于微小核糖核酸的研究成果可謂進入“井噴”階段。科學家們已發現，人類有超過1000種不同的微小核糖核酸，微小核糖核酸的基因調控在多細胞生物中是普遍存在的。

已有許多研究表明，微小核糖核酸與癌癥等多種疾病有關，然而將其應用于癌癥治療還面臨挑戰。“將微小核糖核酸轉化為藥物仍然非常困難，因為每個微小核糖核酸調控多個基因。如果你試圖糾正一種缺陷，可能會引發其他基因變化從而導致‘脫靶’。”林納爾松說。

“在微小核糖核酸研究領域，有很多來自中國科學家的重要貢獻。”林納爾松表示，關于微小核糖核酸的科學文獻已超過10萬篇，但還需要世界各地的科學家繼續共同探索。