Нобелевская премия по физиологии и медицине 2024 года была присуждена Виктору Амбросу (Медицинская школа Массачусетского университета) и Гэри Рувкуну (Гарвардская медицинская школа/Массачусетская больница общего профиля) за новаторское открытие микроРНК и ее решающую роль в пост-регуляции генов. Их работа открыла новый механизм регулирования активности генов, изменив наше понимание генетической функции.
О лауреатах
Виктор Амброс родился в Ганновере, штат Нью-Гемпшир, в 1953 году. Он получил докторскую степень в Массачусетском технологическом институте в 1979 году и проводил там постдокторские исследования с 1979 по 1985 год. После открытия своей лаборатории в Гарвардском университете в 1985 году он позже поступил в Медицинскую школу Дартмута (1992-2007) и с тех пор работает в Медицинской школе Массачусетского университета.
Гэри Рувкун родился в Беркли, Калифорния, в 1952 году. Он получил докторскую степень в Гарвардском университете в 1982 году и закончил докторантуру в Массачусетском технологическом институте с 1982 по 1985 год. В 1985 году он основал свою лабораторию в Гарвардской медицинской школе и Массачусетской больнице общего профиля, где продолжает свои исследования.
Тайна регуляции генов
Наши хромосомы хранят схему каждой клетки нашего тела, однако разные типы клеток, такие как мышечные и нервные клетки, демонстрируют существенные функциональные различия. Это несоответствие связано с генной регуляцией-процессом, который гарантирует, что каждая клетка активирует только гены, соответствующие ее функции, оставляя другие гены неактивными. Амброс и Рувкун были особенно заинтригованы тем, как развиваются различные типы клеток, и открыли новый класс РНК, микроРНК (миРНК), который играет ключевую роль в этой регуляции.
Их революционное открытие открыло совершенно новый принцип генного контроля, который жизненно важен для развития и функционирования многоклеточных организмов, включая человека. Сегодня известно, что геном человека кодирует более 1000 различных микроРНК, что подчеркивает глубокую важность их работы.
Новое измерение генного контроля
Нобелевская премия этого года подчеркивает открытие важнейшего регуляторного механизма в клетках, который контролирует активность генов. Традиционно под экспрессией генов понимали поток генетической информации от ДНК к информационной РНК (мРНК), которая затем транслируется в белки. Однако Амброс и Рувкун обнаружили регуляторный этап, который происходит после транскрипции, когда небольшие молекулы РНК, такие как микроРНК, влияют на то, какие мРНК транслируются в белки.
С 1960-х годов ученые считали, что им удалось в значительной степени раскрыть механизмы регуляции генов, в частности, посредством действия белков-факторов транскрипции-, которые контролируют выработку мРНК. Но в 1993 году Амброс и Рувкун бросили вызов этой точке зрения, открыв новый уровень регуляции с участием микроРНК, которая вскоре будет признана высококонсервативным и важным биологическим процессом у разных видов.
Крошечный червяк, крупный прорыв
В конце 1980-х годов Амброс и Рувкун работали постдокторантами в лаборатории Роберта Хорвица, получившего в 2002 году Нобелевскую премию за работу по запрограммированной гибели клеток. Их модельным организмом была нематода.Ценорабдитис элегантный-Крошечный червячок длиной всего 1 мм со специализированными клетками, такими как нейроны и мышечные клетки. Это сделало его идеальной моделью для изучения развития многоклеточных организмов.
Амброса и Рувкуна особенно интересовали два гена:лин-4илин-14, который, по-видимому, контролирует сроки процессов развития этих червей. Более ранние исследования Амброса показали, чтолин-4негативно регулируетсялин-14, но механизм был неясен. Путем систематического анализа Амброс обнаружил, чтолин-4произвели необычно короткую молекулу РНК, не способную кодировать белки.
В то же время Рувкун изучал, каклин-14было отрегулировано и было обнаружено, чтолин-4не препятствовало производствулин-14мРНК, но вместо этого блокирует трансляциюлин-14в белок. Они поняли, что эта короткая РНК излин-4связывался с комплементарной последовательностью налин-14мРНК, предотвращающая продукциюлин-14белок.
Новый механизм регулирования
Их прорывом стало открытие того, чтолин-4РНК, позднее классифицированная как микроРНК, регулирула экспрессию генов путем связывания с комплементарными последовательностями мРНК, контролируя ее трансляцию в белок. Эта новая форма пост-регуляции транскрипции добавила неожиданный уровень сложности к экспрессии генов.
Хотя их открытие 1993 года поначалу было встречено со скептицизмом,-многие полагали, что оно относится только кК. Элеганси не имеют отношения к людям.-их открытия вскоре получили распространение. Семь лет спустя Рувкун открыл вторую микроРНК,пусть-7, что, в отличие отлин-4, был высоко консервативен во всем животном мире. Это открытие вызвало широкий интерес, и в течение нескольких лет были идентифицированы сотни микроРНК.
микроРНК: крошечные молекулы с большим эффектом
Теперь мы знаем, что микроРНК экспрессируются более чем 1000 генами человека и играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов во всех многоклеточных организмах. Они связываются с комплементарными последовательностями мРНК-мишеней, либо ингибируя их трансляцию, либо способствуя их деградации. Примечательно, что одна микроРНК может регулировать несколько генов, в то время как один ген может контролироваться несколькими микроРНК, что обеспечивает высокоскоординированную сеть регуляции генов.
Открытие микроРНК имеет глубокое биологическое значение. Сейчас ясно, что без микроРНК клетки и ткани не могут нормально развиваться. Аномальная регуляция микроРНК связана с такими заболеваниями, как рак, врожденная потеря слуха и заболевания костей. Мутации фермента Dicer1, необходимого для производства микроРНК, вызывают синдром DICER1 — редкое состояние, связанное с множественными формами рака.
Инновационные исследования с долгосрочным эффектом
Работа Амброса и Рувкуна открыла новый рубеж в изучении регуляции генов. Их результаты выявили новый механизм, который повлиял на эволюцию сложных организмов. Их исследования не только продвинули наше понимание клеточного развития, но и проложили путь к новым подходам к лечению заболеваний, вызванных нарушением регуляции генов.
Их основополагающие статьи, опубликованные вКлеткав 1993 году иПриродав 2000 году, стали краеугольным камнем современных генетических исследований.
