2006年诺贝尔生理学或医学奖

2006年诺贝尔生理学或医学奖

――他们在发现了被RNA双链结构的基因沉默和RNA的干扰机制

RNA干扰机制

今年的诺贝尔生理学或医学奖被斯坦福大学的Andrew Z. Fire教授和马萨诸塞医学院的Craig C. Mello教授分享。他们发现双链RNA能够以干扰机制，即一种同源依赖性的方式引导基因打开或者关闭。他们的发现揭示了一种新的基因调控机制，而且这种机制里的生化机构对细胞形成起重要作用。合成的细胞中的双链RNA可以以一种类似于RNA干扰机制来减少或废除基因活动。这种基因表达的控制系统已被证实对生物发展和细胞及组织的生理功能有相当重要的作用。更重要的是，RNA干扰机制保护RNA免受RNA病毒侵袭，特别在植物和无脊椎动物体内，可以通过使活跃元素沉默来保证基因组的稳定性。现在，RNA 双链结构是一个被用来解释任何细胞之功能实质的重要理论。RNA干扰机制的发现已经对生化研究有重要影响，而且在医学上会有广阔的应用前景。

介绍

基因表达这一过程对于所有生物都是最重要的。许多细胞核里染色体上的基因通过细胞质里合成的蛋白质表达。1944年发现基因信息储存在DNA中，1953年DNA的双链结构被发现，那时候最主要的问题就是细胞核里的DNA怎么管理细胞质里蛋白质合成。有一种说法是另一种单链RNA核酸在合成过程中作为媒介，也就是所谓的中心规则。也就是说基因信息是从DNA传到RNA,然后从RNA翻译形成蛋白质才能起作用。开始人们认为RNA 中存储基因信息的地方是核糖体，多年来形成了“一个基因对应一个核糖体，一个核糖体对应一个蛋白质”这样的假设。1961年Francois Jacob和Jacques Monod展示了一种可见的基因控制模型，并因此与André Lwoff共同获得了1965年的诺贝尔生理学或医学奖。在他们的模型中，基因只能通过一种特殊的RNA转录，即信使核糖核酸。不久以后，证实是一种短命的无核糖体的RNA导致了蛋白质的合成。其后Marshall Nirenberg 和Gobind Khorana打断了基因段并且做到能够使用20种氨基酸安排基因密码（即密码子，由三个一组的核苷组成）（他们因此与Robert Holley获得了1968年的诺贝尔生理学或医学奖）。Francis Crick预言RNA分子可以接合信使核糖核酸与氨基酸。很快一种叫转移核糖核酸的短而稳定的RNA被发现是起着这种作用。很多年来，mRNA被认为与DNA中的一段连续的核苷酸一致。然而，令人惊讶的是，1977年Phillip Sharp 和Richard Roberts可以由基因组源源不断地提供。众所周知长链DNA分子可以被裁减为短的多的成熟mRNA。因此Phillip Sharp 和Richard Roberts认为mRNA中的物质，即外显子，很有可能是原始转录本，然后在基因退化的时候在基因内区介入。从而人们发现DNA上的间断mRNA排列有着革命性的内涵。而且，RNA合成过程中可以产生不同的Mrna,并从原始转录本上产生一个以上的蛋白质（选择性合成）。RNA被发现有另一种作用，即可以作为催化剂将在根本上改变RNA的角色。很快又发现RNA可以催化复制自身和其它RNA的反应，于是形成了RNA是地球上第一种基因物质的观点。人们相信在DNA作为基因物质以前，有一个RNA 的世界，后来RNA被用做DNA和蛋白质的媒介。RNA的催化作用不但有着革命性的深刻内涵，而且更揭示出RNA可以在基因表达上比预想的有更大作用。现在已经确认RNA 在

翻译过程中催化肽键的形成。

大量的RNA小分子和蛋白质在RNP内协同工作。有与RNA无关的分子影响转录，翻译，复制和染色体结构。其他的管理RNA工作和RNA编辑。这些不同的RNA粒子现在正被大范围研究，以找出其在细胞中的作用。

80年代初期在Escherichia coli披露小RNA分子可以连成一种在mRNA含有的复杂物质并抑制翻译。现在，有大约25个管理反义RNA的实例在Escherichia coli刊登出来。反义RNA的反义规律也体现在真核细胞中，这在1993年科学家研究秀丽隐杆线虫时发现。多年以来，这个证据确凿的规律被认为是一件怪事。这个结构在另一个秀丽隐杆线虫的RNA 被作为证据后变得更为被人们所关注。因为这个实例中，相似的物质在其它生物体中也会产生。然而，2001年，科学家又发现在RNA数量庞大的时候，情况完全不同。

在RNA干扰机制未发现以前，植物中的一种叫做基因沉默的现象被发现。在1990年左右的实验中曾得出这样的结论，当一个克隆的基因被合并入一个基因组时，它不仅会减少或刺激基因活动，还会抑制同源物质的基因表达，这种现象叫做基因的同源依赖性沉默。基因活动的抑制可以在基因转录时和转录后发生。类似于基因转录后沉默的过程被称作quelling（？这是啥？），同样在一种叫粗糙脉孢菌的体内发现。对植物的病毒性感染的分析使得我们能够更深入地了解基因的同源依赖性沉默。虽然RNA在基因沉默方面有重要作用，这个现象仍然是个谜，直到RNA干扰机制被发现，并提出了许多新奇的解释，得出了具有深远意义的结论。