为生命科学研究打开“传送门”
10月7日,2024年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。因发现微小核糖核酸(microRNA)及其在转录后基因调控中的作用,科学家维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎获奖。
什么是microRNA?它的发现带来了什么?为什么此次生理学或医学奖既让人意想不到,又称得上实至名归?就这些问题,科技日报记者连线采访了相关领域研究人员。
开拓药物研发全新领域
每年诺奖揭晓前,都有不同的预测。今年诺奖预测的“风向标”,包括脂质代谢遗传学、大脑神经等领域重磅成果。
相较于这些领域,microRNA领域近年来发展不算火热,最早的相关研究可追溯到30多年前。“微小RNA的发现为生命科学研究提供了得心应手的工具,其重要程度堪比大名鼎鼎的基因编辑工具‘CRISPR’(2020年获得诺贝尔化学奖)。”北京大学药学院化学生物学系教授张力勤告诉记者,microRNA这么多年后才获得诺奖,让人有些意想不到。
北京大学生命科学学院教授陆剑也认为,微小RNA的发现虽然应该获奖,但在今年获奖却出乎意料。他介绍,这个领域虽然前些年发展迅猛,但近年来“流量”和“关注度”有所下降,不属于科学研究和应用转化的大热门。此外,2006年诺贝尔生理学或医学奖颁给了RNA干扰,二者属于同一领域,但RNA干扰从主要论文发表到获奖仅用时8年。
“在microRNA被发现参与基因调控之前,人们进行药物研发,主要针对蛋白质的调控。有了microRNA,人们意识到调控体内生命活动,可以‘提前’到蛋白质形成之前。”张力勤说,这提供了一种全新的药物类别,为药物研发开拓了新领域,其获奖可谓实至名归。
催生一系列生物研究工具
根据中心法则,生物的遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质,完成遗传信息的转录和翻译过程。这个过程没有提到的microRNA到底起什么作用呢?
“microRNA是一类小的、非编码RNA分子,长度为20—24个核苷酸。”陆剑解释,此次诺奖成果发现microRNA通过与传递信息的RNA结合,“阻止”它的翻译,进而在细胞生长、发育、分化及应激反应中发挥重要调节功能。
正是这种调节功能的发现,让科学家如获至宝。“人们最初认为,RNA承担信使、转运、装配工厂等任务。但随着生物技术的发展,越来越多不知道功能的RNA被发现,这些RNA被称为非编码RNA。”张力勤说,由于microRNA的发现,人们对RNA功能的认知实现了“破冰”,并发现大量非编码RNA执行着更重要的生命任务。
“microRNA调控还解释了基因调控网络的复杂性。”陆剑说,一个microRNA分子能够靶向数百个信使RNA,而一个信使RNA分子又能被多个microRNA识别,调控网络的复杂性确保了生命活动的精准有序。后来人们还发现,microRNA与癌症、神经退行性疾病等多种疾病有着密切关联。
微小RNA的发现让很多学术研究领域从无到有。“microRNA开创了精准靶向治疗的先河,让人们拥有了精确调控信使RNA的能力。”张力勤说,microRNA让实验室的研究工具更加丰富,催生出一系列转录后调控的工具,进一步助力生命科学和生物医药相关研究。
“microRNA有物种特异性的特点,即不同物种间有很大差异。有一小部分microRNA序列及表达方式在进化中是保守的(在不同物种间保持基本不变),而物种间不保守(存在较大差异)的microRNA当前理解较少。”陆剑介绍,基于这一特点,对不保守microRNA进行分析可以揭示microRNA的起源、演化及与靶基因的共进化等规律,有可能从物种演化的历史长河中发现生物性状创新的机制,进一步理解生命本源。
如果把生命科学研究比作探索宇宙,那么microRNA就如某个次元空间的“传送门”,因为打开了它,人类得以刷新认知,研究得以开疆拓土。
“随着信息科学的发展,当前结合生物信息学工具对microRNA与靶基因相互作用进行预测的研究仍在继续。”陆剑说,虽然microRNA的功能已经可以准确验证,但非常费工费时,要弄清microRNA背后的庞大网络,还需要庞大的计算能力和数据支持。(记者 张佳星 科技日报北京10月7日电)
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