Нобелевская премия по физиологии и медицине 2024 года присуждена Виктору Амбросу и Гэри Рувкуну за «открытие микроРНК и её роли в посттранскрипционной регуляции генов». Оба учёных живут и работают в США.
Как сказано в сообщении Нобелевского комитета, Амброс и Рувкун открыли новый класс крошечных молекулРНК, которые играют решающую роль в регуляции генов. Это и есть микроРНК.
«Их новаторское открытие на маленьком черве C. elegans выявило совершенно новый принцип регуляции генов. Это оказалось необходимым для многоклеточных организмов, включая людей. МикроРНК принципиально важны для развития и функционирования организмов», — говорится в пресс-релизе.
Как клетки выбирают «инструкции»?
Информацию, что хранится в наших хромосомах, можно сравнить с инструкцией по эксплуатации для всех клеток тела. В каждой клетке содержатся одни и те же хромосомы, поэтому и наборы генов одинаковые, и наборы «инструкций» тоже. Тем не менее разные типы клеток (например, мышечные и нервные) имеют разные характеристики. Как возникают эти различия? Ответ на вопрос скрыт в механизме регуляции генов. Эта регуляция позволяет каждой клетке выбирать только те «инструкции», которые ей нужны. Таким образом, в каждом типе клеток активен лишь определённый набор генов.
Это позволяет, например, тем же мышечным клеткам, или клеткам кишечника, или нервным клеткам выполнять свои специализированные функции. Кроме того, активность генов должна постоянно настраиваться, чтобы приспособить клеточные функции к меняющимся условиям в нашем организме и окружающей среде.
Если регуляция генов идёт не так, как нужно, это может привести к сбоям в организме и серьёзным заболеваниям — таким, как рак, диабет, аутоиммунные расстройства. Поэтому на протяжении многих десятилетий учёным было важно понять, как происходит регуляция активности генов.
Маленький червяк привёл к большому прорыву
Виктор Амброс и Гэри Рувкун интересовались тем, как развиваются различные типы клеток. Им удалось открыть микроРНК — крошечные молекулы, отвечающие за регуляцию генов.
В конце 1980-х годов оба учёных работали в лаборатории известного биолога Роберта Хорвица. Там они изучали скромного круглого червя длиной всего 1 миллиметр — Caenorhabditis elegans. Несмотря на небольшой размер, он обладает многими специализированными типами клеток, такими как нервные и мышечные. Это делает червя-нематоду очень полезной моделью для исследований.
Амброс и Рувкун интересовались генами, которые контролируют время активации различных генетических программ. Они изучали два мутантных штамма червей. Учёные хотели распознать мутировавшие гены и понять их функции. В результате им удалось обнаружить необычно короткую молекулу РНК и описать механизм её работы. Это и был принцип регуляции генов.
В 1993 году биологи опубликовали свои первые результаты, из которых стало ясно, насколько значим этот класс молекул. Удивительно, но научное сообщество почти не заметило их работу. Хотя результаты были интересными, казалось, что необычный механизм регуляции генов не имеет отношения к людям и другим более сложным животным, а является лишь особенностью круглого червя C. Elegans.
Восприятие изменилось лишь через 7 лет, когда состоялось открытие другой микроРНК, и эксперименты нескольких исследовательских групп подтвердили значимость этой научной работы.
Крошечные РНК имеют огромное значение
Оказалось, что регуляция генов микроРНК, впервые обнаруженная Амбросом и Рувкуном, работает уже сотни миллионов лет. Этот механизм обеспечил эволюцию по мере усложнения организмов.
Генетики установили, что клетки и ткани не могут развиваться нормально без микроРНК. А неправильная регуляция этой молекулы может привести к развитию рака. Мутации в генах, кодирующих микроРНК, были обнаружены у людей с врождённой потерей слуха, заболеваниями глаз и скелета.
Открытие Виктора Амброса и Гэри Рувкуна стало важнейшим достижением в области молекулярной биологии и генетики. Оно не только изменило понимание того, как происходит регуляция генов в многоклеточных организмах, но и открыло новые возможности для исследований в области медицины, генетики и биологии.
Так эксперименты над крошечным червём помогут будущим поколениям учёных и клиницистов лучше понять сложные заболевания человека и научиться их лечить.