Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny

7 października 2024 r. Instytut Karolinska przyznał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Laureatami zostali amerykańscy biolodzy, Victor Ambros i Gary Ruvkun, za odkrycie mikroRNA (miRNA) i jego roli w posttranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów. Przełomowe badania naukowców, opublikowane po raz pierwszy w 1993 r. na łamach czasopisma „Cell”, pokazały, że jednoniciowe cząsteczki RNA odgrywają kluczową rolę w rozwoju i funkcjonowaniu organizmów wielokomórkowych, w tym ludzi. Odkrycie to zrewolucjonizowało dotychczasową wiedzę na temat regulacji genów.

Odkrycie Victora Ambrosa i Gary’ego Ruvkuna

Pod koniec lat 80. Victor Ambros i Gary Ruvkun byli stypendystami w laboratorium Roberta Horvitza, gdzie prowadzili badania nad nicieniem Caenorhabditis elegans. Nicień, pomimo swoich niewielkich rozmiarów, ma wiele wyspecjalizowanych typów komórek, obecnych również u bardziej zaawansowanych zwierząt (np. komórki nerwowe i mięśniowe), co czyni go użytecznym modelem do badania rozwoju i dojrzewania tkanek w organizmach wielokomórkowych. Chcąc lepiej zrozumieć funkcje genów, naukowcy badali dwie zmutowane linie nicieni, lin-4 i lin-14. Ambros wykazał, że gen lin-4 jest negatywnym regulatorem genu lin-14, jednak sposób, w jaki aktywność genu lin-14 była blokowana, pozostawał nieznany. W toku dalszych badań okazało się, że krótkie sekwencje RNA lin-4 pasowały do komplementarnych sekwencji w segmencie mRNA lin-14, co blokowało produkcję białka lin-14. Zaobserwowanie tej zależności doprowadziło do przełomowego odkrycia nowej zasady regulacji genów, w której pośredniczył nieznany wcześniej typ RNA, nazwany mikroRNA (miRNA).

Kluczowa rola mikroRNA w rozwoju organizmów

Cząsteczki mikroRNA działają na poziomie posttranskrypcyjnym, czyli po przepisaniu informacji genetycznej z DNA na mRNA, zanim zostanie ono przekształcone w białko. MikroRNA, wiążąc się z określonymi fragmentami mRNA, uniemożliwiają proces translacji poprzez zahamowanie syntezy białka. Ta zdolność precyzyjnego „wyciszania” genów sprawia, że miRNA pełnią funkcję regulacyjną w wielu procesach komórkowych, takich jak różnicowanie komórek, rozwój organizmów, a także utrzymanie homeostazy w organizmie. Obecnie wiadomo, że w ludzkim genomie znajduje się ponad tysiąc różnych miRNA, które kontrolują aktywność tysięcy genów. Co ciekawe, pojedynczy miRNA może regulować ekspresję wielu różnych genów, a jednocześnie pojedynczy gen może być regulowany przez wiele miRNA.

Mechanizm regulacji genów przez miRNA, opisany przez Victora Ambrosa i Gary’ego Ruvkuna, umożliwił ewolucję bardziej złożonych organizmów. Dzięki badaniom genetycznym wiadomo, że komórki i tkanki nie rozwijają się prawidłowo bez miRNA. Dysregulacja miRNA może leżeć u podłoża rozwoju wielu chorób, w tym nowotworów, chorób sercowo-naczyniowych, a także neurodegeneracyjnych. Badania nad miRNA mogą doprowadzić do wynalezienia metod diagnostycznych i terapeutycznych, w tym terapii celowanych, które mogłyby „wyciszać” wadliwe geny odpowiedzialne za rozwój chorób. Przełomowe odkrycie Ambrosa i Ruvkuna ujawniło zatem nowy wymiar regulacji genów u nicieni C. elegans, niezbędny dla wszystkich złożonych form życia.