微小RNA蘊藏基因調控之謎

當地時間10月7日，瑞典卡羅琳醫學院宣布，將2024年諾貝爾生理學或醫學獎授予兩位美國科學家維克托·安布羅斯（Victor Ambros）和加里·魯夫昆（Gary Ruvkun）。

發現與研究過程

諾貝爾獎委員會在聲明中盛贊了兩位科學家的突破性發現微小RNA（microRNA）及其在轉錄后基因調控中的關鍵作用，并稱他們揭示了一種全新的基因調控原理。

1993年，今年的諾貝爾獎兩位得主發表了意想不到的發現，論文發表在1993年《細胞》雜志的兩篇文章中，論述了一個新的基因調控機制，一種以前未知的微小RNA介導的新的基因調控原理！但這一發現當時并沒有多大的影響力，科學界認為這種不尋常的基因調控機制被認為是模式生物秀麗線蟲的一個特性，可能與人類和其他更復雜的動物無關。極大反響來自2000年魯夫昆的研究小組發現microRNA的基因調控作用實際上普遍存在于整個生物界。

在接下來的幾年里，數百種不同的microRNA被鑒定出來。今天，我們知道人類體內有超過1000種不同的microRNA。

什么是microRNA？

那么，普通公眾如何來理解這一成就呢？現在蝌蚪君先用形象比喻的方法來科普一下microRNA，看看它在基因表達調控中到底是一個什么樣的角色。

首先，我們要先來梳理好DNA、RNA（mRNA）、microRNA之間的作用關系。我們不妨來做這樣一個比喻，我們身體細胞中的核糖體就像一個特別大的廚房，需要成千上萬的廚師為它提供食品以維持運轉。

所以，廚房的大總管制定了一本龐大的食譜書（DNA），他每天給廚師們下發指令去做各式菜肴（蛋白質），而RNA就是傳達指令的快遞小哥，他負責將這本食譜書的某一頁復印出來并告訴廚師們具體要做什么餐，這被復印出來的某一頁食譜就是mRNA。

由于工程量太大了，總管怕廚師們干不好，就派發了很多“小管理員”來監督和調控廚師們的工作效率，而microRNA就是廚師們的小管理員。

接著，讓我們再用形象的比喻來解釋microRNA在基因表達調控中的作用，也就是它們是如何相互配合進行工作的。

Part.01下指令

上峰的需求總是變來變去，有時候讓下面干活的人無所適從。比如，總管突然說，今天需要減少某種菜肴的制作，小管理員microRNA快馬加鞭，就拿著“減量”指令牌，找到負責制作這類菜肴的廚師們，告訴他們：快快停工，快快減量！減少某個蛋白質的合成量！

Part.02貼封條

可就有一些廚師不聽指揮。有一些廚師還大聲嚷嚷，我們都收到快遞小哥（RNA）下發的菜譜了，我們的職責就是：收到菜譜，立刻炒菜！（難道廚師們是按量提成的？）小管理員microRNA可沒商量余地，二話不說，直接拿出“封條”把那些不聽話的廚師當場封殺。

小管理員microRNA一邊貼封條，一邊向更多的廚師叫嚷：趕緊的！把RNA下發的菜譜收起來了，別看菜譜了，一看菜譜，就想炒菜，你們這幫家伙，不用腦子嗎？實在不行，把耳朵豎起來，聽聽指令！

Part.03半路殺

有時候，小管理員microRNA比我們預想的還要簡單粗暴，他們懶得去找廚師們費口舌了，直接在半路截住快遞小哥，把“菜譜”直接撕毀，“沒了菜譜，看你們還怎么炒菜！”當然，學術一點，這個叫促進mRNA的降解。

通過這樣的調控，microRNA幫助總管保證身體維持平衡，不會生產過多或過少的產品。如果microRNA工作不正常，可能會導致工廠混亂，比如生產了太多不需要的產品或者太少重要的產品，這就像是身體出現了疾病。

所以，microRNA就像是身體工廠中的小小調節器，它們雖然體積小，但作用大。microRNA通過這種方式調節細胞內mRNA的數量和活性，從而精細調控基因表達，它們可以影響細胞生長、分化和代謝等多種生物過程。

神奇的是，單個microRNA可以調節許多不同的基因的表達，反之，單個基因可以被多個microRNA調節，從而協調和微調整個基因網絡，確保我們的身體能夠健康、有序地運作。

醫學應用前景

現在，我們來用學術化用語科普一下microRNA在基因表達調控中的作用，以及它在醫學應用上的前景。

01基因調控

microRNA不編碼蛋白質，而是通過調控其他基因的表達來發揮作用。它們主要在轉錄后水平上調節基因表達，這意味著它們影響的是mRNA的穩定性和翻譯過程，而不是mRNA的合成。

02作用機制

microRNA通常與目標mRNA分子的互補序列結合，這通常導致mRNA的降解或者抑制其翻譯成蛋白質。這種調控可以減少特定蛋白質的產生，從而影響細胞的行為和功能。

03多樣性

在多種生物中，包括植物、動物和某些病毒，都發現了microRNA。它們在不同的生物過程中起著重要作用，如發育、細胞分化和疾病發生等。

04生物學功能

microRNA參與許多生物學過程，包括細胞增殖、分化、凋亡（程序性細胞死亡）和免疫反應。它們通過調控多個基因的網絡，對細胞表型和生物體的生理狀態產生廣泛影響。

05疾病相關性

沒有microRNA，細胞和組織就無法正常發育。microRNA的異常調節會導致癌癥，并且在人類中發現了編碼microRNA的基因突變，導致先天性聽力損失、眼睛和骨骼疾病、心血管疾病、代謝性疾病、免疫系統疾病、肝臟腎臟疾病等。

因此，microRNA檢測在臨床上的應用前景是積極和樂觀的，它有望在癌癥等多種疾病的診療指導中發揮重要作用。隨著研究的深入和技術的進步，microRNA檢測有望成為臨床實踐中不可或缺的一部分，為疾病診斷和治療提供了新的策略。

2024年，維克多·安布羅斯和加里·魯夫昆因發現microRNA及其在基因表達調控中的作用而獲得諾貝爾獎，他們的研究極大地推進了我們對基因調控網絡的理解，并且將對生物醫學研究產生更深遠的影響。

◎ 來源|蝌蚪五線譜