【2024諾貝爾生醫獎】神秘的小小兵:小RNA(microRNA)

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2024諾貝爾生醫獎在今天(2024/10/7)下午揭曉,得獎的兩個人是研究小RNA(microRNA)的Victor Ambros與Gary Ruvkun。

圖片來源:諾貝爾獎網站

圖片來源:諾貝爾獎網站


大家都知道RNA是核糖核酸(RiboNucleic Acid),那「小」RNA是什麼呢?


「小」RNA是很小的RNA分子(廢話),長度只有20-25個核苷酸那麼長。第一個發現小RNA的人就是Victor Ambros,他目前在U. Mass的醫學院工作,而他的指導教授是David Baltimore(1975年諾貝爾生醫獎)。


Victor Ambros以線蟲(C. elegans)為實驗材料,研究生物的發育。他們研究的一個突變線蟲稱為lin-4。「lin」是「lineage」的意思,這個系統是由Sydney Brenner命名的。通常被命名為「lin」意味著這個線蟲的細胞譜系(lineage)或發育時程的控制有問題。


他們發現,lin-4突變會讓線蟲停留在早期幼蟲階段。他們發現,少了lin-4這個基因的線蟲,會造成另一個基因「lin-14」的表現量上升。


但是,當他們把lin-4給找到的時候,卻發現lin-4這個基因並不產生蛋白質,而僅僅產生一個RNA分子,長度分別為22與61個核苷酸。後來,Victor Ambros與哈佛大學的Gary Ruvkun(也是今年的諾貝爾生醫獎得主,他的指導教授是Frederick M. Ausubel)發現,長度為22核苷酸的lin-4S,會跟LIN-14基因的尾端(3'端)的序列互補。因此,他們假設lin-4會透過與lin-14的RNA的尾端結合,抑制lin-14的轉譯,導致lin-14蛋白無法合成。


兩個研究團隊在1993年發表在《細胞》期刊各發表一篇文章,闡述lin-4如何調控lin-14的表現,讓大家意識到,原來小小的RNA分子,竟然也能調節基因的表現。在線蟲發育的早期(L1期),lin-4表現量較低,這時候lin-14就可以高度表現;但是隨著線蟲慢慢發育,lin-4的表現量慢慢上升,導致LIN-14蛋白因為轉譯被抑制無法合成,所以LIN-14蛋白就愈來愈少了。


後來Gary Ruvkun的研究團隊又發現一個稱為let-7的小RNA,這個基因不只存在於線蟲,連脊椎動物裡都有這個基因!這個發現意味著,用小RNA來調節基因表現的機制,並不專屬於線蟲,也存在於其他的生物。


隨著愈來愈多的小RNA在不同的生物中發現,現在我們知道小RNA不只是調節發育的時程,還參與細胞凋亡、代謝等等。


參考文獻:


Lee, R. C.; Feinbaum, R. L.; Ambros, V. (1993). The C. Elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 75 (5): 843–854. doi:10.1016/0092-8674(93)90529-Y


Wightman, B.; Ha, I.; Ruvkun, G. (1993). Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. Elegans. Cell. 75 (5): 855–862. doi:10.1016/0092-8674(93)90530-4


Reinhart, B. J.; Slack, F. J.; Basson, M.; Pasquinelli, A. E.; Bettinger, J. C.; Rougvie, A. E.; Horvitz, H. R.; Ruvkun, G. (2000). "The 21-nucleotide let-7 RNA regulates developmental timing in Caenorhabditis elegans". Nature. 403 (6772): 901–906. Bibcode:2000Natur.403..901R. doi:10.1038/35002607


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