2024年諾貝爾生理學或醫學獎授予了維克多·安布羅斯（Victor Ambros）和加里·魯弗肯（Gary Ruvkun），以表彰他們在發現微RNA（microRNA）以及探索其在轉錄后基因調控中所起作用的貢獻。

最近，中國科學技術大學光壽紅教授和中國科學院分子細胞科學卓越創新中心劉默芳研究員在《中國科學: 生命科學》英文版在線發表Insight文章，對微RNA的發現歷史與其機制以及重要的生物學功能進行了總結。

20世紀90年代初，安布羅斯與魯弗肯在研究線蟲時發現了首個名為lin-4的microRNA，它能夠對另一個基因lin-14進行調控，讓線蟲的皮膚變得光滑或是皺褶。2000年，魯弗肯發現了第二個microRNA“let-7”，并證明它在動物界中高度保守，表明microRNA是一種廣泛存在的調控機制。

RNA在遺傳信息的表達中發揮著重要的功能。細胞核的DNA中儲存著生命的“密碼”，這些遺傳信息通過轉錄被復制到“信使”RNA（mRNA）中并被帶到細胞質，在那里進行蛋白質的合成。不同于mRNA，microRNA是一類長度僅約20個核苷酸的小RNA（small RNA）分子，它并不直接參與蛋白質的合成，而是通過調控mRNA影響其他基因的表達。

得益于安布羅斯和魯弗肯的開創性工作，如今，人們已經在包括人在內的許多物種中發現了超過10,000種的microRNA，它們在胚胎發育、血細胞分化、肌肉功能、病毒感染和癌癥等生物學過程中都發揮了不可或缺的作用。此外，多種起重要調控作用的其他種類的小RNA也被發現。30年來，microRNA的產生，生物功能和作用機制被不斷揭示，而且很多新的實驗現象也陸續被發現。

論文對microRNA領域的發展進行了總結和展望。例如，有報導發現microRNA涉及到將親代獲得的性狀遺傳給后代的過程中。然而，特定microRNA選擇和轉運到目標位置的具體機制還需要進一步研究。目前尚不清楚有多少經典的microRNA機制參與了這些過程。盡管敲除許多單個microRNA只會導致微妙的表型變化，但開發新技術以在活細胞中時空追蹤microRNA可能有助于解決這些爭議。

microRNAs的生物合成和功能

microRNA研究已從實驗室迅速進展到臨床階段，由于microRNA能在血液中穩定存在，它們有潛力作為心血管疾病診斷和其他疾病發生與發展的生物標志物。目前基于microRNA的藥物面臨的最大挑戰是為每種疾病確定最佳的microRNA治療靶標。其他的挑戰還包括藥物穩定性、遞送效率、目標特異性和錯靶效應。甲基化和LNA技術等化學修飾可以增強藥物穩定性并延長其半衰期。脂質納米顆粒等封裝技術也可以提高藥物分子的遞送效率。然而，鑒于siRNA藥物的成功開發，尋找更專業的應用場景可能是microRNA研究者下一個努力的方向。

microRNA的發現具有重大意義，并且有望成為檢測和治療各種疾病的關鍵工具。正在進行的研究不斷揭示新的應用，推動個性化和精準醫療的進步。隨著我們對microRNA理解的深入，預計會出現更多針對性的治療方法和診斷工具，從而帶來更有效的治療和改善患者的預后。將基于microRNA的治療方法與當前醫療實踐相結合，是一個充滿希望的領域，有可能徹底改變醫療保健。

新技術，包括高通量篩選、超分辨率顯微鏡、單分子成像和CRISPR-Cas9篩選，不斷揭示microRNA機器和分子動力學的基本信息。先進的RNA富集和測序方法將促進新microRNA及其修飾變體的發現，揭示額外隱藏的遺傳和生化信息。闡明microRNA底物和靶標是如何從轉錄組中被選擇并受到生物合成和周轉的多級調控，將繼續有助于對microRNA的調控、功能和應用的理解。

了解詳情，請閱讀全文：

Guang, S., and Liu, M.F. The discovery of tiny RNAs that have crucial roles. Sci China Life Sci, doi：10.1007/s11427-024-2819-y

來源: 《中國科學》雜志社