Giải thưởng Nobel về Sinh lý học và Y học năm 2024 đã được trao cho Victor Ambros (Trường Y thuộc Đại học Massachusetts) và Gary Ruvkun (Trường Y Harvard/Bệnh viện Đa khoa Massachusetts) vì khám phá đột phá về microRNA và vai trò quan trọng của nó trong việc điều hòa gen sau phiên mã. Công trình của họ đã tiết lộ một cơ chế mới điều chỉnh hoạt động của gen, định hình lại sự hiểu biết của chúng ta về chức năng di truyền.
Về người đoạt giải
Victor Ambros sinh ra ở Hanover, New Hampshire vào năm 1953. Ông lấy bằng Tiến sĩ tại MIT năm 1979 và tiến hành nghiên cứu sau tiến sĩ ở đó từ năm 1979 đến năm 1985. Sau khi thành lập phòng thí nghiệm của mình tại Đại học Harvard vào năm 1985, sau đó ông gia nhập Trường Y Dartmouth ({{ 5}}) và đã làm việc tại Trường Y thuộc Đại học Massachusetts kể từ đó.
Gary Ruvkun sinh ra ở Berkeley, California vào năm 1952. Ông nhận bằng Tiến sĩ tại Đại học Harvard năm 1982 và hoàn thành công việc sau tiến sĩ tại MIT từ năm 1982 đến năm 1985. Ông thành lập phòng thí nghiệm của mình tại Trường Y Harvard và Bệnh viện Đa khoa Massachusetts vào năm 1985, nơi ông thành lập phòng thí nghiệm. tiếp tục nghiên cứu của mình
Bí ẩn của quy định gen
Nhiễm sắc thể của chúng ta lưu trữ bản thiết kế cho mọi tế bào trong cơ thể, tuy nhiên các loại tế bào khác nhau, chẳng hạn như tế bào cơ và tế bào thần kinh, lại biểu hiện những khác biệt đáng kể về chức năng. Sự khác biệt này là do sự điều hòa gen - quá trình đảm bảo mỗi tế bào chỉ kích hoạt các gen liên quan đến chức năng của nó, giữ cho các gen khác không hoạt động. Ambros và Ruvkun đặc biệt bị thu hút bởi cách các loại tế bào khác nhau phát triển và phát hiện ra một loại RNA mới, microRNA (miRNA), đóng vai trò chính trong quy định này.
Khám phá mang tính cách mạng của họ đã tiết lộ một nguyên tắc kiểm soát gen hoàn toàn mới, một nguyên tắc quan trọng cho sự phát triển và hoạt động của các sinh vật đa bào, bao gồm cả con người. Ngày nay, người ta biết rằng bộ gen của con người mã hóa hơn 1,000 microRNA khác nhau, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng sâu sắc của công việc của họ.
Một khía cạnh mới của kiểm soát gen
Giải Nobel năm nay nhấn mạnh việc phát hiện ra cơ chế điều hòa quan trọng trong tế bào kiểm soát hoạt động của gen. Theo truyền thống, biểu hiện gen được hiểu là luồng thông tin di truyền từ DNA đến RNA thông tin (mRNA), sau đó được dịch thành protein. Tuy nhiên, Ambros và Ruvkun đã phát hiện ra một bước điều hòa xảy ra sau quá trình phiên mã, trong đó các phân tử RNA nhỏ, chẳng hạn như microRNA, ảnh hưởng đến việc các mRNA được dịch mã thành protein.
Kể từ những năm 1960, các nhà khoa học tin rằng họ đã khám phá được phần lớn cơ chế điều hòa gen, đặc biệt thông qua hoạt động của các yếu tố phiên mã-protein kiểm soát việc sản xuất mRNA. Nhưng vào năm 1993, Ambros và Ruvkun đã thách thức quan điểm này bằng cách khám phá ra một mức độ điều chỉnh mới liên quan đến microRNA, điều này sẽ sớm được công nhận là một quá trình sinh học thiết yếu và được bảo tồn cao ở các loài.
Một con sâu nhỏ, một bước đột phá lớn
Vào cuối những năm 1980, Ambros và Ruvkun là những nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Robert Horvitz, người đã đoạt giải Nobel năm 2002 cho công trình nghiên cứu về cái chết tế bào được lập trình. Sinh vật mẫu của họ là tuyến trùngCaenorhabd viêm Elegans-một con sâu nhỏ, chỉ dài 1mm, có các tế bào chuyên biệt như tế bào thần kinh và tế bào cơ. Điều này làm cho nó trở thành một mô hình lý tưởng để nghiên cứu sự phát triển của các sinh vật đa bào.
Ambros và Ruvkun đặc biệt quan tâm đến hai gen,lin-4Vàlin-14, dường như kiểm soát thời gian của quá trình phát triển ở những con sâu này. Nghiên cứu trước đây của Ambros cho rằnglin-4quy định tiêu cựclin-14, nhưng cơ chế vẫn chưa rõ ràng. Thông qua phân tích có hệ thống, Ambros phát hiện ra rằnglin-4tạo ra một phân tử RNA ngắn bất thường, thiếu khả năng mã hóa protein.
Cùng lúc đó, Ruvkun đang nghiên cứu cáchlin-14đã được quy định và thấy rằnglin-4không ngăn cản việc sản xuấtlin-14mRNA nhưng thay vào đó đã chặn bản dịch củalin-14thành chất đạm. Họ nhận ra rằng đoạn RNA ngắn này từlin-4được liên kết với một trình tự bổ sung trênlin-14mARN, ngăn cản sự sản xuấtlin-14chất đạm.
Cơ chế điều tiết mới
Bước đột phá của họ là phát hiện ra rằnglin-4RNA, sau này được phân loại là microRNA, điều hòa sự biểu hiện gen bằng cách liên kết với các trình tự bổ sung trên mRNA, kiểm soát quá trình dịch mã của nó thành protein. Hình thức điều hòa sau phiên mã mới này đã tạo thêm một lớp phức tạp không ngờ tới cho sự biểu hiện gen.
Mặc dù khám phá năm 1993 của họ ban đầu vấp phải sự hoài nghi - nhiều người tin rằng nó đặc trưng choC. thanh lịchvà không liên quan đến con người - những phát hiện của họ sớm thu hút được sự chú ý. Bảy năm sau, Ruvkun phát hiện ra microRNA thứ hai,hãy để-7, mà, không giống nhưlin-4, được bảo tồn cao trong vương quốc động vật. Tiết lộ này đã thu hút sự quan tâm rộng rãi và trong vòng vài năm, hàng trăm microRNA đã được xác định.
microRNA: Các phân tử nhỏ có tác động lớn
Giờ đây chúng ta biết rằng microRNA được biểu hiện bởi hơn 1,000 gen ở người, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh biểu hiện gen ở tất cả các sinh vật đa bào. Chúng liên kết với các trình tự bổ sung trên các mRNA mục tiêu, ức chế quá trình dịch mã hoặc thúc đẩy sự thoái hóa của chúng. Đáng chú ý, một microRNA duy nhất có thể điều chỉnh nhiều gen, trong khi một gen có thể được kiểm soát bởi một số microRNA, cho phép tạo ra một mạng lưới điều hòa gen có tính phối hợp cao.
Việc phát hiện ra microRNA có ý nghĩa sinh học sâu sắc. Hiện tại rõ ràng là nếu không có microRNA, tế bào và mô không thể phát triển bình thường. Sự điều hòa microRNA bất thường có liên quan đến các bệnh như ung thư, mất thính lực bẩm sinh và rối loạn xương. Đột biến trong enzyme Dicer1, cần thiết để sản xuất microRNA, gây ra hội chứng DICER1, một tình trạng hiếm gặp liên quan đến nhiều dạng ung thư.
Nghiên cứu đột phá với tác động lâu dài
Công trình của Ambros và Ruvkun đã mở ra một chân trời mới trong nghiên cứu về điều hòa gen. Phát hiện của họ tiết lộ một cơ chế mới đã định hình sự tiến hóa của các sinh vật phức tạp. Nghiên cứu của họ không chỉ nâng cao hiểu biết của chúng ta về sự phát triển của tế bào mà còn mở đường cho những phương pháp mới để điều trị các bệnh do sự điều hòa gen bị gián đoạn.
Các bài báo chuyên đề của họ, được xuất bản trênTế bàovào năm 1993 vàThiên nhiênvào năm 2000, đã trở thành nền tảng của nghiên cứu di truyền hiện đại.
