第21届国际生化大会上,包括4位诺贝尔奖得主在内的3000多名国内外
顶尖生命科学家参与讨论,重点话题之一就是——
RNA由“配角”变成“主角”
一场世界生命科学界的“奥林匹克”——为期6天的2009年国际生化大会刚刚在黄浦江畔的上海浦东国际会议中心结束。包括4位诺贝尔奖得主在内的3000多名国内外最顶尖的生命科学家,在会上热烈讨论了大自然向我们所展现的、前所未知的生命的复杂和精妙。
“万能细胞”解决难题
8月7日,本次国际生化大会的“压轴大戏”隆重上演:干细胞“魔术师”、日本京都大学教授山中伸弥为大会作最后一场主题报告,介绍自己如何在世界上率先把人体皮肤细胞变成了万能细胞。
细胞是生命的最基本组成单位,而被称为“万能细胞”的干细胞则是人体中最重要的细胞。2007年,山中伸弥和浙籍华人女科学家俞君英,分别在《细胞》和《科学》杂志上发表论文,宣布成功把人体皮肤细胞改造成类似胚胎干细胞的“万能细胞”——诱导多能干细胞(iPS,也叫皮肤干细胞),一举解决了干细胞来源的最大难题。
皮肤干细胞的诞生,在干细胞研究领域具有重大里程碑意义。从理论上来说,今后科学家只要从任何一个人的身上刮下一点点皮屑(皮肤细胞),撒在培养皿上,就能培养出血细胞、脑细胞甚至是骨骼、内脏的器官组织,从而用它们来替换自身病变的或衰老的组织器官,实现人体器官的自我修复。
微小RNA的大作用
长久以来,掌握着遗传信息的DNA(脱氧核糖核酸),在生物化学研究领域一直占据着中心地位。而RNA(核糖核酸),则只是一个负责把DNA所含遗传信息传递给蛋白质的“信使”——一个不起眼的“配角”。
但人类基因组计划结束后,人们发现编码蛋白质的基因只占总基因组的约2%。而占人类基因组95%的非编码序列竟是产生大量非编码RNA的源泉,这些非编码RNA主要充当调控者的角色,在细胞分化凋亡、生物发育、疾病发生等方面均起重要作用。
其实,RNA比DNA更为古老,它组成了地球上最早的生命。生命起源初期,没有由核酸编码的蛋白,生命体由RNA组成,这被称为“RNA世界”。RNA既携带遗传信息,又承担催化分子的作用,参与自身复制。虽然后来出现了DNA,但RNA依旧承担着很多调控功能。
在线虫中发现的一种微小RNA(miRNA)——let-7 RNA,就是RNA调控生物发育的一个突出代表。它在线虫幼虫的3/4期出现,它一出现便会抑制Lin-41等蛋白的表达,同时解除对Lin-29蛋白表达的抑制,使线虫进入成虫期。一旦它的一个碱基发生突变,就可使线虫永远停留在幼虫期,而无法成熟。
另一个代表是费厄和麦洛发现的双链RNA能引发RNA干扰——小干扰RNA在细胞质中调控蛋白质的生物合成,在细胞核内引发DNA的甲基化,进而引发表观遗传学的一系列变化,可谓“重权在握”。
但RNA调控功能不仅限于小分子RNA,大型RNA调控本领也不示弱。女性细胞中有一种长达一万核苷酸的XistRNA,最终能使女性一条染色体被关闭,使男女性X染色体编码基因的表达量相同。
调控RNA拥有庞大的家族,至今已知的就有小阅读框RNA、印记RNA、微卫星RNA、反向转录RNA等等……
让绝症不再令人绝望
现在,科学家对RNA有了全新的认识。RNA也从“配角”变成了“主角”,成为了可与人类基因组计划相匹敌的重大成果之一。其中,长度较短的微小RNA的研究,更是成了学术界受人关注的“新星”。
微小RNA研究权威、美国麻省理工学院医学院教授维克托·安布罗斯在报告中指出,近年来研究结果表明,人类基因组中大约有三分之一负责蛋白质合成的基因是由微小RNA控制的,如果将两个微小RNA从人类基因组中删除,就会发生白血病。此外,研究表明,微小RNA还和艾滋病、白血病、糖尿病、畸形等病变有关。
尽管科学家发现微小RNA只有不到10年的时间,但科学家相信,通过对微小RNA及其在临床治疗作用的进一步研究,人类将能从中找到控制艾滋病、白血病等多种疾病的药物和方法。