微小RNA：小小的基因調(diào)控者
2025-01-22 00:00:00楊先碧
科學(xué)24小時 2025年1期
生命是宇宙中的一大奇跡，控制生命生生不息的密碼是基因。那么，又是什么在控制基因？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)RNA是基因調(diào)控的主要參與者，而微小RNA便是其中之一。美國科學(xué)家維克托·安布羅斯和加里·魯夫坎是微小RNA的發(fā)現(xiàn)者，他們因此獲得了2024年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。微小RNA的發(fā)現(xiàn)，為我們理解生命的奧秘開啟了一個全新的世界。
什么是微小RNA
RNA的中文名為“核糖核酸”，它們是生物體內(nèi)一類極其重要的生物大分子。RNA不僅種類繁多，而且結(jié)構(gòu)也比DNA復(fù)雜得多。RNA在蛋白質(zhì)生物合成中扮演了重要角色，對基因表達和細胞功能進行調(diào)節(jié)，并在生物進化中起著重要作用。
在微小RNA被發(fā)現(xiàn)之前，科學(xué)家已經(jīng)對基因調(diào)控進行了長期的研究。基因調(diào)控是生物體內(nèi)控制基因表達的機制，是遺傳學(xué)研究的重要領(lǐng)域。傳統(tǒng)觀念認為，基因調(diào)控的主要過程是基因的轉(zhuǎn)錄和信使RNA的翻譯。然而，隨著研究的不斷深入，人們逐漸意識到，基因調(diào)控遠比想象的復(fù)雜。如今，科學(xué)家已經(jīng)認識到微小RNA在基因調(diào)控中發(fā)揮著不可或缺的作用。
微小RNA是RNA大家族中的一員。它們是由20～24個核苷酸組成的單鏈分子，長度只有7納米左右。微小RNA雖然不直接編碼蛋白質(zhì)，但在基因調(diào)控方面卻是個高手。科學(xué)家估計，在哺乳動物的基因中，有30%左右編碼蛋白質(zhì)的基因受到微小RNA的調(diào)控。有趣的是，一種微小RNA可以調(diào)控許多不同基因的表達，而一種基因也可能受到多種微小RNA的調(diào)控，這種默契的配合讓生命的運轉(zhuǎn)更加精確和高效。
目前，科學(xué)家在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超過1000種微小RNA。從綠油油的植物到活蹦亂跳的動物，從低等的細菌到高等的人類，微小RNA無處不在。從細胞的分化凋亡到機體的生長發(fā)育，從植物的茁壯成長到動物的免疫防御，都有微小RNA忙碌的“身影”?？梢哉f，微小RNA是生命大戲中不可或缺的重要角色。
發(fā)現(xiàn)微小RNA
早在20世紀80年代末，安布羅斯和魯夫坎就在羅伯特·霍維茨（2002年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主）的實驗室中，對秀麗隱桿線蟲展開了細致的研究。秀麗隱桿線蟲是一種不起眼的小蠕蟲，卻促成了科學(xué)家對微小RNA的發(fā)現(xiàn)。雖然這種線蟲體形微小（僅約1毫米長），卻擁有復(fù)雜的細胞類型和發(fā)育過程，是研究多細胞生物組織發(fā)育和成熟的理想模型。
安布羅斯和魯夫坎以無盡的耐心與敏銳的洞察力，在研究過程中發(fā)現(xiàn)了一些具有先天性缺陷的線蟲。這些線蟲存在兩種突變基因，其代號分別為lin-4和lin-14。進一步的實驗揭示了一個驚人的秘密：lin-4基因編碼生成了一種很小的RNA分子，這種分子只有21個核苷酸，它不編碼蛋白質(zhì)，卻能夠抑制lin-14基因的活性，影響線蟲的發(fā)育進程。這一發(fā)現(xiàn)標志著微小RNA作為基因調(diào)控者首次出現(xiàn)在人們的視野中。
1993年，他們將研究成果發(fā)表在美國的《細胞》雜志上，但當(dāng)時這一發(fā)現(xiàn)并未引起科學(xué)界的重視?？茖W(xué)家普遍認為這只是線蟲特有的基因調(diào)控機制，與其他動物（包括人類）的關(guān)系不大。
2000年，魯夫坎的研究小組發(fā)現(xiàn)了另一種微小RNA，它是由let-7基因編碼生成的。這種微小RNA可以抑制腫瘤，降低癌癥對人體的傷害。更令人驚奇的是，這種微小RNA在所有動物體內(nèi)都存在。由于涉及癌癥這一被普遍關(guān)注的疾病，他們的發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注，極大地推動了微小RNA研究領(lǐng)域的發(fā)展。
微小RNA的現(xiàn)實應(yīng)用
微小RNA目前主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，正在為疾病的診斷和治療提供新思路。
在診斷方面，某些微小RNA可以作為疾病的生物標志物。例如，微小RNA可以用于滴血識別癌癥，通過檢測血液中某些微小RNA的水平，醫(yī)生可以更早地發(fā)現(xiàn)某些癌癥。這種無創(chuàng)的檢測方法有望革新癌癥的早期診斷。
在治療方面，科學(xué)家正在探索通過調(diào)節(jié)人體內(nèi)微小RNA的數(shù)量來治療疾病。比如，有些癌癥會讓某些微小RNA變得太多或太少。如果能讓微小RNA恢復(fù)正常，那么就可能讓腫瘤變小甚至消失。
除了癌癥外，微小RNA還與多種遺傳病密切相關(guān)。例如，如果編碼微小RNA的基因發(fā)生突變，那么可能導(dǎo)致微小RNA的功能異常，令人出現(xiàn)先天性聽力受損、視力障礙、骨骼異常等癥狀。通過基因編輯技術(shù)修復(fù)那些突變基因，可讓患者的聽力恢復(fù)如初，眼眸重見光明，骨骼逐漸堅韌。
此外，微小RNA還在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力。研究表明，通過操控某些微小RNA，可以影響干細胞的分化方向，從而讓組織修復(fù)和器官再生。例如，微小RNA可以促進心肌細胞的分化，為心臟病的治療提供新方法。在神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)疾病的治療中，微小RNA可以促進神經(jīng)細胞的再生和修復(fù)，治療帕金森病、阿爾茨海默病等疾病。
微小RNA的未來影響
微小RNA的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)科學(xué)研究帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)?？茖W(xué)家可以通過研究微小RNA的作用機制，深入了解基因調(diào)控的奧秘，揭示生命的本質(zhì)。例如，通過研究微小RNA與其他基因調(diào)控機制的相互作用，可以更好地理解細胞的生長、分化、凋亡等生理過程。
微小RNA的研究不僅推動了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，而且其臨床意義正在迅速顯現(xiàn)。目前，已有多個基于微小RNA的靶向治療藥物進入臨床試驗階段，有望在未來成為治療癌癥的重要手段。未來，科學(xué)家將繼續(xù)探索微小RNA的作用機制，尋找更多與疾病相關(guān)的微小RNA。
此外，微小RNA研究也可能為其他領(lǐng)域帶來啟發(fā)。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過調(diào)控植物的微小RNA，可能培育出抗病蟲害或適應(yīng)氣候變化的新品種。在環(huán)境保護方面，微小RNA可協(xié)助人們監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)的微妙變化，守護大自然的健康與平衡。
總而言之，微小RNA的發(fā)現(xiàn)與研究，不僅為我們揭示了基因調(diào)控的新維度，而且讓我們對生命這一宇宙間最為復(fù)雜的存在有了更為深刻細膩的理解。在未來的歲月里，它們將繼續(xù)引領(lǐng)我們探索生命的奧秘，解開更多關(guān)于生命本質(zhì)的謎題。
知識鏈接
獲獎?wù)吆喗?/h4>
維克托·安布羅斯，1953年出生于美國新罕布什爾州，1979年獲得麻省理工學(xué)院博士學(xué)位，1979年至1985年期間從事博士后研究，2007年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士，現(xiàn)為馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授。
加里·魯夫坎，1952年出生于美國加利福尼亞州，1982年獲得哈佛大學(xué)博士學(xué)位，2008年當(dāng)選為美國國家科學(xué)院院士，現(xiàn)為哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授。
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