2024 年诺贝尔生理学或医学奖“发现 microRNA 及其在转录后基因调控中的作用”是什么？

2024 年诺贝尔生理学或医学奖“发现 microRNA 及其在转录后基因调控中的作用”是什么？

2024/12/18

2024 年诺贝尔生理学或医学奖授予 Ambrose 博士和 Rabcan 博士，以表彰他们“发现 microRNA 及其在转录后基因调控中的作用”。在microRNA被发现之前，人们认为基因调控的主要机制是从DNA合成信使RNA（mRNA），但两位研究人员的发现揭示，还存在一种调控mRNA合成蛋白质的机制。我们向细胞与分子工程研究部应用分子功能研究组高级研究员佐野雅之询问了microRNA的功能和功能以及未来有关microRNA的研究趋势。

基因由是否使用来控制

　MicroRNA 是一种控制许多生物（包括人类）基因的分子。首先，我将解释什么是基因调控。

　人类大约有 20,000 种基因，但并非所有基因都在每个细胞中发挥作用。某些基因对于神经细胞是必需的，但对于皮肤细胞不是必需的。基因的存在与否不仅重要，基因是否被利用也很重要。

　基因作为遗传信息被整合到细胞内称为 DNA 的物质中。 DNA 转录为信使 RNA (mRNA)，蛋白质由 mRNA 合成（翻译）。这种蛋白质通过在体内执行各种功能来维持生命活动。

　DNA 转录为 mRNA 以及 mRNA 翻译为蛋白质的过程称为“基因表达”。在这一系列过程中，存在多种调节表达水平的机制。这种机制控制基因，决定是否使用基因（AIST杂志什么是表观遗传学？」）。

　基因调控的典型机制是从DNA到mRNA的转录控制。 20 世纪 60 年代，人们发现称为转录因子和转录调节因子的蛋白质与 DNA 结合并控制其转录为 mRNA。此后，数千种转录因子相继被发现，人们认为基因调控的主要机制已被阐明。

与 mRNA 结合并抑制蛋白质翻译的 MicroRNA

　MicroRNA 是今年诺贝尔生理学或医学奖的主题，它与 mRNA 结合并抑制其翻译成蛋白质。

　一般mRNA有数百至数千个碱基连接在一起，但microRNA是一种非常短的RNA，仅由约20至25个碱基组成。 MicroRNA 也是通过 DNA 转录产生的，但 microRNA 不会翻译成蛋白质。它参与基因调控，因为 microRNA 与 mRNA 结合，破坏 mRNA 的稳定性并抑制其翻译成蛋白质。

现在已知一种类型的microRNA可以与多种mRNA结合，反之，多种类型的microRNA可以与一种mRNA结合。人体中有超过 2000 种 microRNA，据说超过 60% 的 mRNA 是由 microRNA 调节的。 MicroRNA 可以被描述为微调基因表达。

顺便说一句，2006年诺贝尔生理学或医学奖的获奖主题是RNA干扰。 RNA干扰和microRNA的共同点是它们抑制mRNA翻译成蛋白质，而且机制本身非常相似。正如预期的那样，RNA干扰采用与自然界中发现的microRNA相同的作用机制，即从外部人工引入双链RNA并切割mRNA。总的来说，RNA干扰的作用比microRNA更强，并且作为人类开发的技术，被广泛应用于生命科学领域。

获得诺贝尔奖的要点

发现了太短的RNA

　MicroRNA及其功能是由诺贝尔生理学或医学奖获得者Ambrose博士和Rabcan博士首先发现的。两位研究人员利用线虫生物来研究哪些基因参与受精卵发育成身体。

　线虫是一种体长约1毫米的生物体。C。线虫（线虫）被世界各地的实验室用作实验动物。总共只有约1000个细胞，我们知道哪些细胞最终会变成哪些组织，而且它们是透明的，易于观察，使其成为发育研究的优秀实验动物。

　Ambros 博士和 Rabkan 博士关注的是 lin-4 和 lin-14 基因发生突变的线虫，这些突变会导致发育过程异常，并且不会产生正常个体。最初，安布罗斯博士和拉布坎博士属于同一个实验室，即使在独立并拥有自己的实验室后，他们似乎仍在继续交换信息。

　Ambrose博士发现lin-4基因抑制lin-14基因的表达，并决定研究lin-4基因以了解详细机制。然而，由lin-4基因产生的RNA很短，只有22个碱基，并且不能产生蛋白质。 Ambrose 博士随后想知道这个短 RNA 本身是否可以控制 lin-14 基因。

　与此同时，Rabkan博士也在独立研究lin-14基因的核苷酸序列。当Ambros博士将Rabkan博士已知的lin-4基因的碱基序列与Rabkan博士已知的lin-14基因的碱基序列进行比较时，他们发现短的lin-4 RNA可以与lin-14 mRNA的一部分结合。随后，实验证实 lin-4 RNA 抑制 lin-14 mRNA 翻译成蛋白质，这一点于 1993 年被报道。

MicroRNA 也存在于人类中

　当这项研究首次公布时，他们的研究并没有受到太多关注。尽管这是一个有趣的报告，但它被认为是线虫特有的现象。

然而，2000年，Rabkan博士和他的同事发现了let-7，一种短RNA，与lin-4一样，具有抑制基因表达的能力。人们发现Let-7不仅存在于线虫中，还存在于昆虫、鱼类和人类中，并且microRNA的基因调控现在被认为是多种生物体中的普遍现象。顺便说一下，microRNA 这个术语自 2001 年起就开始使用。

　这使得microRNA的研究取得了重大进展，现在它被认为是控制许多生物体基因表达的重要分子。

未来的 microRNA 研究

　不翻译成蛋白质的RNA，包括microRNA，被称为“非编码RNA”。我相信 microRNA 的发现引发了非编码 RNA 研究的传播。

　事实上，非编码RNA也被认为是生物体高级功能所必需的。在单细胞生物大肠杆菌中，蛋白质产生部分约占总 DNA 区域的 88%，而在线虫中约为 24%，人类中仅为 2%。然而，线虫和人类产生非编码 RNA 的部分比大肠杆菌多得多，而且生物体越复杂，其非编码 RNA 就越多样化。

　实际上，已知 MicroRNA 参与干细胞的增殖和分化现象，从而将干细胞转化为其他类型的细胞。还知道，不同组织中存在的microRNA的类型是不同的，microRNA可以说是决定组织特性的因素。

　另一方面，microRNA 异常与许多疾病有关。已知丰富的 microRNA 会改变糖尿病等代谢疾病以及阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病。

　癌症是一种因其与 microRNA 的关系而备受关注的疾病。当癌细胞异常增殖、侵袭或转移以及肿瘤产生新血管时，各种 microRNA 的数量会发生变化。针对这一变化，有研究使用 microRNA 作为生物标志物来研究癌症进展（AIST 杂志什么是生物标志物？'')。此外，如果我们能够从外部补充癌细胞中减少的microRNA，或者抑制过多增加的microRNA的功能，我们也许能够治疗癌症。基于这一理念，国内外正在开展研发和临床试验。

　安布罗斯博士和拉布坎博士的研究始于“哪些基因参与线虫的发育？”这个问题。并导致发现了许多生物体共有的控制基因表达的机制。此外，microRNA有可能应用于多种疾病的治疗。

AIST 还开发了检测细胞内 microRNA 的技术^*1以及预测非翻译 RNA 表达的人工智能的发展 (2022/11/22 新闻稿)等。我们也希望为RNA和microRNA研究做出贡献，预计未来会取得进一步进展。

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*1：Masayuki Sano、Kana Morishita、Satoshi Oikawa、Takayuki Akimoto、Kimio Sumaru、Yoshio Kato，转录后反馈控制的 microRNA 表达活细胞成像，分子治疗 - 核酸，第 26 卷，2021 年，第 547-556 页，ISSN 2162-2531，
https://doiorg/101016/jomtn202108018。[返回来源]