同卵双胞胎为何不相同?看了2024年诺贝尔生理学或医学奖研究,你就有了答案

健康   2024-10-08 09:17   美国  

关键词大数据分析;诺贝尔奖;生理学或医学奖;2024

“安安和倩倩是双胞胎,长得一模一样,但为什么性格完全不一样?”
我儿子经常问我这个问题,安安和倩倩是他的好朋友,同卵双生。

(同卵双生,意味着他们有共同的DNA;但他们的性格大不相同,又意味着他们的DNA表达受到了调控,其中最重要的调控通路就在miRNA调控)


对于这个问题,刚刚获得2024年诺贝尔生理学或医学奖的Victor Ambros和Gary Ruvkun博士的研究,会给予准确的回答。
我们先来一起学习这项令人振奋的研究;文末做出“同卵双生不相同”的解释,一起看看和您想的是否一样吧。
文末还有更猛烈的讨论!

▲朋友圈满屏都是:斩获2024年诺奖的Victor Ambros和Gary Ruvkun博士

2024年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:Victor Ambros和Gary Ruvkun因发现miRNA的基因调控作用获奖

2024年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国科学家Victor Ambros和Gary Ruvkun,以表彰他们在发现微小RNA(microRNA, miRNA)及其在转录后基因调控中的作用方面的杰出贡献。这一发现揭示了基因活性调控的基本原理,对理解多细胞生物的发育和功能具有深远影响【1】。

基因调控的奥秘:同一基因组,不同细胞命运
人类每个细胞都包含相同的染色体和基因组,但肌肉细胞和神经细胞等不同细胞类型却具有截然不同的特性。这种差异源于基因调控机制,使每个细胞只激活与其功能相关的基因。这种精确的基因表达调控确保了细胞的正常功能,而一旦调控失常,可能导致癌症、糖尿病和自身免疫等严重疾病。


从线虫研究到重大突破
在上世纪80年代末,Victor Ambros和Gary Ruvkun在Robert Horvitz教授的实验室从事博士后研究。他们选择了一种名为秀丽隐杆线虫(C. elegans)的1毫米长的小型线虫作为研究对象。尽管体型微小,这种线虫拥有与复杂生物相似的神经和肌肉细胞,使其成为研究多细胞生物发育的理想模型。
两位科学家关注的是控制不同细胞类型发育时间的基因。他们研究了两个突变体lin-4和lin-14,这些突变体在发育过程中基因程序的激活时间上出现了缺陷。Ambros先前的研究表明,lin-4基因似乎是lin-14基因的负调控者,但其具体机制尚不清楚。


意外的发现:miRNA的角色
在哈佛大学建立自己的实验室后,Ambros成功克隆了lin-4基因,发现它产生了一种异常短小的RNA分子,并不编码蛋白质。这一令人惊讶的结果暗示,lin-4的短RNA可能通过某种方式抑制lin-14。
与此同时,Ruvkun在麻省总医院和哈佛医学院的实验室研究lin-14基因的调控机制。他发现,lin-4并未抑制lin-14的mRNA产生,而是阻碍了其蛋白质的生成。这种调控似乎发生在基因表达的后期阶段。
通过合作,两位科学家发现lin-4的短RNA序列与lin-14 mRNA的特定区域互补。进一步的实验证实,lin-4 miRNA通过与lin-14 mRNA结合,阻断了lin-14蛋白的产生。这一发现揭示了一种全新的基因调控原理,由一种此前未知的RNA类型--miRNA介导。
他们的成果于1993年发表在Cell杂志上。


从质疑到认可:miRNA的广泛影响
最初,科学界对这一发现反应平淡,认为这可能只是线虫的特例。然而,2000年,Ruvkun的团队发现了另一种miRNA,由let-7基因编码。令人惊讶的是,let-7基因在动物界广泛存在。这一发现引起了科学界的极大兴趣,随后几年内,科学家们识别出了数百种不同的miRNA。
如今,我们知道人类基因组中编码着超过一千种miRNA,且这种基因调控方式在多细胞生物中普遍存在。miRNA的发现开辟了基因调控的新领域,对于理解生物体的发育、功能和疾病具有重要意义。


miRNA的生理重要性
miRNA的基因调控机制在数亿年的进化过程中一直发挥着作用,促进了复杂生物的进化。
研究表明,没有miRNA,细胞和组织无法正常发育。
从疾病发生机制角度,miRNA的异常调控可能导致癌症,而人类中编码miRNA的基因突变已被发现会引发先天性听力损失、眼部和骨骼疾病。miRNA生成所需蛋白质的突变也与DICER1综合征有关,这是一种罕见但严重的癌症相关综合征。

用诺奖研究来解释同卵双生不相同

虽然同卵双生子(单卵双胞胎)拥有几乎完全相同的DNA序列,但他们仍然可能在外貌、性格、健康状况等方面表现出差异。
这些差异主要归因于环境因素和表观遗传学调控,而microRNA(miRNA)的基因调控作用是其中的最重要机制之一。

miRNA在基因表达中的作用
2024年诺贝尔生理学或医学奖得主Victor Ambros和Gary Ruvkun发现,miRNA是一类小的非编码RNA分子,能够通过与特定的信使RNA(mRNA)结合,抑制其翻译或促进其降解,从而在转录后水平调控基因表达。
尽管同卵双生子具有相同的基因序列,但miRNA的表达和功能可能受到不同环境因素的影响,如营养、压力、感染和其他生活经历。

同卵双生子差异的可能机制
  • 环境影响:不同的生活环境和经历会导致miRNA表达的差异。这种差异可在发育过程中累积,导致表型上的不同。
  • 随机变异:在细胞分裂和发育过程中,基因表达的随机性也会引起miRNA水平的微小差异,影响细胞功能。
  • 表观遗传修饰:DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传变化可调节miRNA基因的活性,导致基因表达的差异。

简单一句话:
miRNA介导的基因调控,加上环境和表观遗传学因素的影响,使得即使在基因组相同的个体之间,也可能出现显著的生理和表型差异。

miRNA研究对的广阔前景

开创性的贡献:基因调控的新维度
Ambros和Ruvkun在秀丽隐杆线虫中的开创性发现,揭示了基因调控的全新维度,对生命科学领域产生了深远影响。他们的研究不仅深化了我们对基因表达调控的理解,还为治疗各种疾病提供了新的思路。
诺贝尔委员会在颁奖词中称赞道:
“他们的突破性发现揭示了基因调控的全新原理,对多细胞生物,包括人类,都是至关重要的。”

展望未来:miRNA研究的广阔前景
随着对miRNA功能的深入研究,科学家们正在探索其在疾病诊断和治疗中的潜力。
miRNA可能成为新的生物标志物,用于早期检测癌症等疾病。
此外,基于miRNA的疗法有望为难治性疾病提供新的治疗途径。

让中国成为培养诺奖得主的高质量土壤!

Ambros和Ruvkun的发现证明,基础研究的力量不可估量。正是他们对线虫中基因调控机制的好奇心和坚持不懈,才开启了基因调控研究的新纪元。

与此同时,钟南山院士的“培养诺奖得主,中国不缺苗子缺“土壤”【2】的警告仍不过时!
让科学家有无忧的生活、稳定的基金,他们才能形成独立的选题、凭兴趣爱好或者仅仅人类最原始的探索欲,去揭示这个世界的奥秘。
因为我们现在看到的是,一些学者因为miRNA获得诺奖,一些学者却在用miRNA大肆造假发论文。难道也是因为环境所致miRNA调控造成的表观遗传改变?!
让真正喜欢科研的人才去做科研,是最最最重要的土壤!

(以miRNA + 撤稿为检索,高居榜首的撤稿作者)

(👆同样都是研究miRNA,有人拿诺奖,有人来造假;咋回事呢?哦,因为环境所致miRNA调控造成的表观遗传改变!)

健康长寿,预防是最好的逻辑


参考资料来源:
【1】 https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2024/press-release/
【2】 https://www.chinanews.com.cn/gn/2011/06-01/3080850.shtml


作者:Dr. Mark;助理:ChatGPT;编辑:Jessica,微信号:Healsanq。
美国Healsan Consulting(恒祥咨询)于2016年创建于美国首都大华府地区,专长于Healsan医学大数据分析(Healsan™)、及基于大数据的Hanson临床科研培训(HansonCR™)和医学编辑服务(MedEditing™)。主要为医生科学家、生物制药公司和医院科研处等提供分析和报告,成为诸多机构的“临床科研外挂”。
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