▎药明康德本色团队裁剪
当天下昼,万众瞩目的诺贝尔生理学或医学奖公布了获奖者名单,在微RNA(microRNA)界限作念出打破性孝敬的Victor Ambros走漏和Gary Ruvkun走漏摘得桂冠。这 两 位学者发现了microRNA终点在转录后基因调控中的作用,他们的发现让咱们对基因调控有了全新的相识,获奖可谓是实至名归。
▲Victor Ambros走漏和Gary Ruvkun走漏(图片起原:参考贵寓[1])
住手助长的线虫
让咱们把时钟回拨到40年前。 1981年,《细胞》杂志上刊登了一篇对于线虫的商榷论文,里头报说念了两种线虫的突变体。 其中,一种叫作念lin-4的突变体劝诱了东说念主们的细心。 这个突变体滥觞在分子生物学大牛Sydney Brenner走漏的执行室中被发现,并在这篇论文中得到了Martin Chalfie 、Robert Horvitz、以及John Sulston三名科学家的进一步申诉。值得一提的是,这四位科学家之后王人拿过诺贝尔奖。
▲这项商榷的3名作家其后王人拿了诺贝尔奖(图片起原:参考贵寓[2])
那时,Ambros博士是Robert Horvitz教讲课题组的别称博士后商榷员,商榷趣味趣味是基因如何调控发育的不同阶段,而lin-4突变体赶巧是个可以的商榷对象——当lin-4基因出现突变后,线虫会一直停留在发育早期,无法发育慎重。 也即是说,平日功能的lin-4基因能让线虫“迈过”某个发育的坎,凯旋发育到下一阶段。
但是,lin-4基因到底怎么抵制线虫发育的呢? 科学家们对此一无所知。 要知说念,那时重组DNA工夫才出生十年出面,分子生物学利器PCR工夫也尚未问世。 想要阐述一条基因的功能,少许也远离易。
走时的发现
濒临无从下手的困境,Ambros博士作念了一个精妙的假定: 既然lin-4突变体会出现发育上的问题,那么其他出现发育问题的突变线虫,背后发生突变的基因可能会与lin-4有一些关连。 顺着这个念念路,他们又找到了几个不同的突变体,并将其分为两大类型。第一种突变体会“早熟”,即比平日动物发育得更快;另一种突变体属于“晚熟”,比平日动物发育得更慢。
在这些突变体里,lin-14突变让Ambros博士产生了浓厚趣味趣味。 在线虫中,它的功能看起来和lin-4截然有异。 一朝它发生缺失,线虫就会“跳过”一些早期的发育阶段,径直展涌现一些独一发育后期才会出现的特征。 这些收尾也标明,lin-4与lin-14基因在线虫的细胞里起到了违反的作用。
▲Ambros走漏、Ruvkun走漏、以及另一位英国粹者David C.Baulcombe走漏曾因发现“调控基因功能的微弱RNA”,得到了2008年的拉斯克临床医学商榷奖(图片起原:参考贵寓[3])
推崇lin-14的功能,依然Ruvkun博士加入到Horvitz教讲课题组之后的事了。 与Ambros博士总计,两东说念主先是辩认出了lin-14基因,又在各自斥地零丁的执行室后,保握了详细的配合关系。 在波士顿的麻省总病院,Ruvkun走漏团队发现,在线虫的发育早期,lin-14基因所编码的卵白居品有着特别有余的抒发。 而跟着发育的进行,lin-14卵白的水平也会慢慢下跌。 而在哈佛大学,Ambros走漏团队则发现lin-4作用于lin-14的上游,且会扼制后者的活性。
这么一来,这两条基因的功能就解释得通了:在平日的动物中,lin-4会在正确的时刻运转,扼制lin-14的功能。而跟着后者活跃水平的下跌,线虫能够凯旋迈入发育的后期。当lin-4基因发生突变时,lin-14卵白的水平就会居高不下,让线虫停留在发育早期; 访佛的,淌若lin-14卵白出现缺失,那么发育就会跳过早期阶段,干预后期。
▲lin-4和lin-14在线虫的不同发育阶段起作用(图片起原:参考贵寓[4])
接下来,即是总计故事的要点了:lin-4究竟是若何扼制lin-14卵白功能的呢?
出东说念主料到的RNA
为了寻找背后的调控机理,这两支团队分头进行了探索。 在Ruvkun教讲课题组,科学家们在lin-14基因中寻找变异,望望哪些突变会影响到lin-4的调控。 让他们感到新奇的是,这些变异王人出当今lin-14基因所转录出的mRNA的3’端非翻译区(3’-UTR)。
对于不熟悉分子生物学的一又友们,咱们再来重温一下mRNA的作用。 咱们知说念,基因里储存着遗传信息。 频频来说,这些遗传信息先会被转录成mRNA,再被翻译成卵白质,愚弄生理功能。 也即是说,mRNA可以被视作是遗传信息的“快递员”。 事实上,它滥觞的“m”,也恰是“信使”(messenger)的意义。
除了编码卵白质的遗传信息以外,mRNA上还有其他一些东西,其中就包括了两侧的“非翻译区”。 当今咱们知说念,它对基因的抒发有着极为艰辛的调控作用。 但在那时,东说念主们对其功能还知之甚少。
Ruvkun走漏团队发现,这段3’-UTR的序列天然不会影响到mRNA的数目,却会大大影响其翻译成卵白质的效果,减少lin-14卵白的水平。唐突,这即是平日线虫发育到一定阶段后,lin-14卵白会出现暴减的原因。
在另一边,Ambros教讲课题组则将细心力放在了lin-4基因的居品上。 那时,科学界的主流不雅点觉得在动物细胞内,卵白质是愚弄基因调控功能的不二东说念主选。 因此,lin-4基因的居品应当是某种咫尺还没被揭晓的卵白质。
但最终的商榷收尾让科学家们大感不测——lin-4基因确切起作用的要道部分,居然是两种袖珍的RNA(microRNA,或miRNA)。 其中一种独一61个碱基(可以贯通为单词的字母),比那时已知最短的功能性RNA(75个碱基)还要短。 另一种RNA则更夸张,它独一22个碱基。
▲lin-4作用于lin-14的3’-UTR(图片起原:参考贵寓[4])
当两组科学家换取数据时,总计光照亮了他们前线的说念路:阿谁独一22个字母的微RNA,赶巧与lin-14的一段3’-UTR大要酿成互补。科学之好意思,在此刻展现得长篇大论。
全新的调控机制
随后,科学家们进一步推崇了这些微RNA的具体作用机理。 蓝本,阿谁较大的微RNA(61个碱基)可以构成一个“发卡”般的结构。 在流程修饰后,它会变为具体实行功能的微RNA(22个碱基)。 在这个案例中,脱胎于lin-4的微RNA会禁止lin-14卵白的翻译,减少它的水平。
▲微RNA的作用机理(图片起原:参考贵寓[3];Credit: Carin Cain. Based on an illustration from Victor Ambros)
这两支团队为这个全新的发现感到勇猛! 距离1981年的论文已流程去了12年,他们终于搞清了lin-4突变体产生的生物学机理。然而,其他科学家们却对这个发现模棱两端。他们也真实有保握平定的根由: 线虫在某种进度上是种特别潦草的生物,由微RNA来调控基因抒发的现象,可能仅仅线虫的另一个乖癖之处。
周折悄然发生于世纪之交。1998年,两名好意思国科学家Andrew Fire走漏与Craig Mello走漏发现了一种叫作念 的现象,向众东说念主展示了RNA在基因调控上的作用。他们也在8年后斩获了诺贝尔生理学或医学奖。1999年,英国的David C. Baulcombe走漏与其配搭伙伴走漏在植物中,独一25个碱基长的RNA也能抵制mRNA的活性。与线虫系统的高度访佛性,标明这类通过袖珍RNA调控基因抒发的机制,在许多生物中王人存在。
更径直的把柄来自Ambros走漏/Ruvkun走漏团队。 2000年,他们在线虫中找到了另一种受微RNA调控的基因。 2001年,他们更是找到了几百个访佛的基因,且在东说念主类中也保守存在。这一次,主流学界终于意志到了这项商榷的艰辛性。其后的科学家们也重新梳理了RNA的功能,并找到了许多不径直编码卵白质,但参与到细胞内千般生理四肢的RNA。 这些王人被统称为非编码RNA,明示了咱们向着贯通天然又迈出了一大步。
不夸张的说,这些科学家们的天才观念与冗忙使命,从根底上改造了东说念主们对于转录后基因调控的贯通。他们至当天摘得诺奖桂冠,亦然对其孝敬的最佳招供!
参考贵寓:
[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2024, Retrieved October 7, 2024, from http://www.nobelprizemedicine.org/the-nobel-prize-in-physiology-or-medicine-2024/
[2] Martin Chalfie et al., (1981), Mutations that lead to reiterations in the cell lineages of C. elegans, Cell, DOI: 10.1016/0092-8674(81)90501-8
[3] Tiny RNAs that regulate gene function, Retrieved October 5, 2020, from http://www.laskerfoundation.org/awards/show/tiny-rnas-that-regulate-gene-function/
[4] Joel R. Neilson and Phillip A. Sharp, (2008), Small RNA Regulators of Gene Expression, Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2008.09.006
[5] Thomas R. Cech and Joan A. Steitz, (2014), The Noncoding RNA Revolution—Trashing Old Rules to Forge New Ones, Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2014.03.008
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