从1毫米线虫到诺奖:揭秘2024年诺贝尔生理学或医学奖

文摘   2024-10-08 06:19   比利时  

当地时间10月7日,瑞典卡罗琳医学院(Karolinska Institute, Sweden)宣布,美国科学家维克托·安布罗斯(Victor Ambros)加里·鲁夫昆(Gary Ruvkun)因发现微小核糖核酸(microRNA)及其在转录后基因调控中的作用而获得2024年诺贝尔生理学或医学奖
据悉,2024年诺贝尔奖的单项奖金为 1100 万瑞典克朗(SEK),约合人民币745万元(CNY)。

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研究背景

2024年诺贝尔生理学或医学奖

Ambros和Ruvkun的研究始于20世纪80年代末,主要使用模式生物“秀丽隐杆线虫(C. elegans)”,一种体长仅1毫米的线虫。尽管这类生物结构简单,但其基因调控方式与复杂动物非常相似,因此成为理想的研究对象。Ambros和Ruvkun集中研究了控制线虫发育过程中基因激活时间的lin-4lin-14两个突变基因。经过深入研究,Ambros发现,lin-4基因不编码蛋白质,而是生成了一种极其短小的RNA分子,即微小RNA(microRNA)。而Ruvkun则进一步揭示了lin-4生成的microRNA通过与lin-14基因3'UTR区域的部分序列互补,从而抑制其蛋白质的生成。

(A) C. elegans is a useful model organism for understanding how different cell types develop. (B) Ambros and Ruvkun studied the lin-4 and lin-14 mutants. Ambros had shown that lin-4 appeared to be a negative regulator of lin-14. (C) Ambros discovered that the lin-4 gene encoded a tiny RNA, microRNA, that did not code for a protein. Ruvkun cloned the lin-14 gene, and the two scientists realized that the lin-4 microRNA sequence matched a complementary sequence in the lin-14 mRNA.


重大突破

2024年诺贝尔生理学或医学奖
Ambros和Ruvkun的研究证明,microRNA通过与特定mRNA结合,阻止蛋白质合成这一发现首次揭示了非编码RNA在基因调控中的关键作用。尽管这一机制最初仅在秀丽隐杆线虫中观察到,但随着研究的深入,Ruvkun发现let-7基因编码的另一种microRNA广泛存在于动物物种中,包括人类且进化上高度保守这一发现激发了大量的克隆与测序工作,最终确认了微小RNA在基因表达调控中的普遍作用。
微小RNA调控机制不仅存在于动物界,还在植物和其他生物中发挥作用。研究表明,微小RNA对于多细胞生物的发育至关重要。如今,人类基因组中已发现超过一千种微小RNA,调控着大量基因表达,对细胞发育、癌症、神经退行性疾病等多种疾病的研究产生了深远影响。如缺乏关键的微小RNA或其加工蛋白(如Dicer)会导致严重的发育异常,甚至致命。

Evolutionary conservation of the let-7 RNA expression and microRNAs more generally. Left: An evolutionary tree of metazoans, highlighting the branches of the tree with a detectable let-7 microRNA expression (+) or where no let-7 expression was detected (-). Species with similar developmental pattern of let-7 RNA expression is (no let-7 in early stages; but let-7 expression by adulthood) are indicated by ‘Dev.’. (Pasquinelli et al., 2000). Right: MicroRNA genes have evolved and expanded within the genomes of multicellular organisms for over 500 million years.

Ruvkun cloned let-7, a second gene encoding a microRNA. The gene is conserved in evolution, and it is now known that microRNA regulation is universal among multicellular organisms.

这项研究为后来的基因治疗与分子生物学发展奠定了基础,微小RNA调控机制不仅适用于动物,也被发现存在于植物等其他生物中。它们能够参与复杂的基因网络调控,帮助细胞精准控制蛋白质的合成,维持生物体正常功能。

2024年诺贝尔生理学或医学奖肯定了维克托·安布罗斯(Victor Ambros)和加里·鲁夫昆(Gary Ruvkun)在这一领域的先驱性贡献,他们的工作改变了我们对基因表达调控的理解,并为许多医学领域的进步铺平了道路。

获奖者履历

2024年诺贝尔生理学或医学奖

Victor Ambros,1953年出生于美国新罕布什尔州汉诺威。1979年从美国麻省理工学院获得博士学位,1979-1985年在麻省理工学院做博士后。他于1985年成为哈佛大学PI。1992年至2007年,他任美国达特茅斯医学院教授,目前是美国麻省大学医学院的自然科学教授。


Gary Ruvkun,1952年出生于美国加州伯克利。1982年从美国哈佛大学获得博士学位,1982年至1985年在美国麻省理工学院做博士后。他于1985年成为麻省总医院和哈佛医学院的PI,目前是遗传学教授。



代表性研究成果

2024年诺贝尔生理学或医学奖
Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 1993;75(5):843-854. doi:10.1016/0092-8674(93)90529-y
Wightman B, Ha I, Ruvkun G. Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans. Cell. 1993;75(5):855-862. doi:10.1016/0092-8674(93)90530-4
Pasquinelli AE, et al, Ruvkun G. Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA. Nature. 2000;408(6808):86-89. doi:10.1038/35040556

【消息来源】

The Nobel Prize

留比小李
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