我們身體中的每個細胞都以相同的基因指令集或DNA開始。然而，只有部分基因在每個細胞中表達，從而產生執行細胞獨特功能的蛋白質。2024年諾貝爾生理學或醫學獎於週一授予美國科學家維克托·安布羅斯和蓋瑞·魯夫昆，以表彰他們發現的微小核糖核酸，這是一種執行重要調控過程的分子。
這項發現開創了基因調控的新領域，解釋了DNA中許多基因指令中只有一部分如何在不同細胞中產生功能性蛋白質。該研究最初在微小的線蟲秀麗隱杆線蟲中進行，但此機制後來在人類和大多數其他動物的基因中也被發現。
安布羅斯在哈佛大學完成了他的部分工作，目前他是馬薩諸塞大學陳醫學院的自然科學教授。魯夫昆在馬薩諸塞州總醫院和哈佛醫學院同時進行了他的研究，他現在是那裡的遺傳學教授。
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2024年諾貝爾生理學或醫學委員會副主席奧勒·卡姆佩在週一斯德哥爾摩舉行的新聞釋出會上描述這項研究時說：“微小核糖核酸的開創性發現引入了一種新的、意想不到的基因調控機制。”
在細胞中，基因被轉錄成信使核糖核酸（mRNA），然後翻譯成蛋白質。蛋白質執行任何細胞內的許多重要功能，無論該細胞是在神經組織、肌肉還是免疫系統中，還是在任何其他地方。基因功能出現問題可能導致癌症、糖尿病和自身免疫性疾病等疾病。
早在1960年代，科學家們就發現稱為轉錄因子的蛋白質可以與基因結合，並控制這些基因的哪些部分被轉錄成mRNA。這種機制被認為是基因調控的主要方式。但基因調控結果證明比那複雜得多。
在1980年代，安布羅斯和魯夫昆在生物學家羅伯特·霍維茨的實驗室中一起擔任博士後研究員，霍維茨因描述秀麗隱杆線蟲中細胞死亡的基因調控而分享了2002年諾貝爾生理學或醫學獎。研究這些生物的科學家此前發現了兩種“突變”基因形式的線蟲，它們的發育方式不同。其中一個基因，稱為lin-4，導致蠕蟲變大，而另一個基因lin-14，導致蠕蟲變小。安布羅斯表明，lin-4基因負調控lin-14基因，但尚不清楚它是如何做到的。
後來，在哈佛大學，安布羅斯致力於“克隆”或複製lin-4基因，但這產生了一個非常小的RNA分子，它太小而無法產生蛋白質。與此同時，當時在麻省總醫院和哈佛大學的魯夫昆正在研究lin-14。他發現lin-4並沒有在mRNA水平上阻止lin-14的產生，而是在稍後的階段阻礙了其翻譯成蛋白質。魯夫昆和安布羅斯決定比較他們的發現，發現lin-4的RNA序列的一部分與lin-14的mRNA末端區域相匹配，該區域不參與編碼蛋白質。他們發現，lin-4 RNA與lin-14的mRNA的結合阻止了後者產生蛋白質。這代表了一種新發現的基因調控機制，它是由稱為微小核糖核酸的小分子協調的。
起初，研究人員認為這種機制可能是秀麗隱杆線蟲所獨有的。但在2000年，魯夫昆鑑定出第二種微小核糖核酸，稱為let-7，它存在於人類和整個動物界。科學家現在知道，人類有1000多個不同的微小核糖核酸基因，並且大多數基因都受微小核糖核酸調控。
這些微小核糖核酸網路的破壞被認為在癌症的生長方式中發揮作用，這指向了潛在的治療方法。
諾貝爾獎獲得者的關鍵研究發表在三項研究中，包括兩篇 論文，於1993年發表在Cell雜誌上，以及一篇於2000年發表在Nature雜誌上的論文。
安布羅斯在週一上午在馬薩諸塞大學陳醫學院舉行的新聞釋出會上說，“聽到獲獎的訊息，我感到震驚、驚訝和高興”。他說，微小核糖核酸發現的意義在於，它使科學家們意識到“基因和我們的細胞相互對話的非常複雜和細緻的調控層面”。他強調了像不起眼的秀麗隱杆線蟲這樣的實驗室生物的重要性，他說這些生物是“生命科學新知識的絕對驅動力”。
安布羅斯還指出，他和他的妻子羅莎琳德·“坎迪”·李分別是來自波蘭和中國的移民的孩子，羅莎琳德與他合作並共同撰寫了其中一項關鍵研究。“我站在這裡……是因為在我們之前的人們的遺產，”安布羅斯說。
魯夫昆在週一在麻省總醫院舉行的新聞釋出會上說，“今天早上過得很愉快”，並補充說，“科學證明在許多不同方面都很棒。”他感謝他早期合作過的實驗室同事，他說這些人可能在40年裡達到了100人。
魯夫昆補充說，他走了一條有趣的科學道路：“我對任何考慮我的職業發展方向的人來說都是一個令人失望的人，因為我住在我的麵包車裡，在太平洋西北地區植樹，並乘坐三等巴士前往火地島一年。但後來在玻利維亞的科恰班巴，我對旅行感到厭煩，我去了玻利維亞美國友誼組織或其他什麼組織——那可能是中央情報局的前線——他們有大眾科學雜誌。我花了一天時間閱讀大眾科學，那真是美好的一天。我說，你知道嗎，也許我會去讀研究生院。那是76年——那是重組DNA真正開始起飛的時刻。很明顯，那是一場革命。”
穆倫伯格學院生物學教授兼系主任布魯斯·懷特曼說，微小核糖核酸發現的基礎在十多年前的1980年代早期就奠定了。懷特曼是魯夫昆在哈佛大學實驗室的研究生，也是該發現的基礎研究之一的合著者。當他和他的同事在1993年描述該研究的發現時，它們的意義並沒有立即顯現出來。“有些人真的認為這非常有趣，並且對此感到非常興奮，”他說。“但也有很多人認為這只是一些奇怪的蠕蟲的事情，不會導致更廣泛的結果。”後來，人們清楚地認識到，微小核糖核酸透過進化在動物王國的大多數物種中得到保守，並且人類中的一些微小核糖核酸在癌症和其他疾病中起著至關重要的作用。
卡姆佩在新聞釋出會上說，安布羅斯和魯夫昆“正在研究兩條看起來有點奇怪的蠕蟲，並決定了解原因，然後他們發現了一種全新的基因調控機制”。“我認為這很美妙。”