Tegoroczną nagrodę Nobla otrzymali Amerykanie Victor Ambros z University of Massachusetts Medical School i Gary Ruvkun z Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School za badania dotyczące istotnych mechanizmów regulacji aktywności genów. To właśnie te mechanizmy sprawiają, że choć wszystkie komórki organizmu mają identyczny zestaw genów, komórki różnych organów wykorzystują tylko te, które dotyczą ich roli. Jak podkreślił Instytut Karoliński w Sztokholmie Ambros i Ruvkun zostali wyróżnieni za odkrycie tzw. mikroRNA, nowej klasy niewielkich cząsteczek RNA, które w tym procesie odgrywają kluczową rolę.
Dokonane ponad 30 lat temu odkrycie ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia nieznanego wcześniej mechanizmu regulacji, który ma kluczowe znaczenie dla organizmów wielokomórkowych, w tym dla człowieka. Dzięki cząsteczkom mikroRNA nasz organizm może rozwijać się i poprawnie funkcjonować. Informacja genetyczna przepisywana jest z kodu DNA na cząsteczki mRNA w ramach procesu zwanego transkrypcją, potem uruchamia komórkowe mechanizmy wytwarzania białek. To tam informacja z mRNA jest tłumaczona w zgodzie z instrukcjami DNA. Od połowy minionego stulecia szereg odkryć naukowych pozwalało stopniowo odkrywać ten proces. Dzisiejsi laureaci postawili na tej drodze bardzo istotny krok.
Organy i tkanki naszego organizmu składają się z komórek różnego typu, o różnym przeznaczeniu. Każda z nich ma informację zapisaną w postaci tego samego DNA, a jednak potrafią wytwarzać konieczne do ich poprawnego działania zupełnie różne zestawy białek. Odpowiedź na pytanie, jak to możliwe, leży właśnie w precyzyjnym mechanizmie regulacji, który sprawia, że w konkretnych komórkach aktywny jest tylko konkretny zestaw genów. To sprawia, że komórki mięśniowe, nerwowe, czy komórki nabłonka jelit mogą wykonywać bardzo specjalistyczne zadania. Co ważne, aktywność genów musi być jeszcze na bieżąco dopasowywana do zmieniających się warunków zarówno środowiska zewnętrznego, jak i wnętrza naszego organizmu. Jeśli te procesy zawiodą, regulacja ulegnie zaburzeniu, może prowadzić to do poważnych chorób, choćby nowotworowych czy autoimmunologicznych. Dlatego zrozumienie tych procesów ma tak istotne znaczenie dla prób leczenia tych zaburzeń.
W latach 60. ubiegłego stulecia pokazano, że pewne wyspecjalizowane białka zwane czynnikami transkrypcji przyłączają się do szczególnych rejonów DNA i kontrolują przepływ informacji genetycznej decydując, które cząsteczki mRNA są wytwarzane. Szybko zidentyfikowano tysiące tych czynników transkrypcji i wydawało się, że kluczowe zasady regulacji genów są już znane. To zmieniło się w 1993 roku, kiedy dzisiejsi laureaci Nagrody Nobla opublikowali wyniki swoich badań ujawniających nowy, niespodziewany poziom regulacji, który okazał się bardzo istotny i bardzo dobrze zachowany w procesie ewolucji.
Pod koniec lat 80. Ambros i Ruvkun pracowali po doktoratach w laboratorium Roberta Horvitza, który potem w 2002 roku otrzymał Nagrodę Nobla wraz z Sydneyem Brennerem i Johnem E. Sulstonem za "odkrycia dotyczące regulacji genów i programowanej śmierci komórkowej". Badali tam żyjące w glebie, niewielkie, zaledwie milimetrowych rozmiarów nicienie z gatunku Caenorhabditis elegans, chętnie wykorzystywane w nauce, bo względnie proste, ale wyposażone w komórki różnych tkanek, choćby mięśniowej i nerwowej. To pozwalało na badanie w nich procesów rozwoju i dojrzewania tkanek, które występują także w znacznie bardziej złożonych organizmach. Ambros i Ruvkun interesowali się w szczególności mechanizmem sterowania czasem aktywacji poszczególnych programów genetycznych, który sprawiał, że poszczególne komórki rozwijały się w odpowiednim czasie.
Badali między innymi dwie zmutowane odmiany nicieni lin-4 i lin-14, podczas rozwoju których widoczne były zakłócenia czasu aktywacji konkretnych programów genetycznych. Victor Ambros zajmował się potem badaniami znaczenia mutacji genu lin-4 w nowym laboratorium na Harvard University. Odkrył, że koduje on niezwykle krótkie cząsteczki RNA, które same nie mają już kodu koniecznego do wytwarzania białek. Dodatkowo okazało się, że to małe RMA kodowane przez lin-4 może odpowiadać za blokowanie aktywności mutacji lin-14.
Gary Ruvkun badał z kolei w laboratorium w Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School mechanizm regulacji genu lin-14. Odkrył, że lin-4 nie blokuje produkcji cząsteczek mRNA przez lin-14. Ta regulacja zachodzi na dalszym etapie procesu ekspresji genów. Okazało się przy tym, że jest fragment kodowanego przez lin-14 mRNA, który jest konieczny, by doszło do blokowania przez lin-4. Gdy Ambros i Ruvkun porównali swoje wyniki, zdali sobie sprawę z przełomowego odkrycia. Ten krótki fragment lin-4 pasował do odpowiednich sekwencji kluczowego segmentu kodowanego przez lin-14 mRNA. Dalsze eksperymenty pokazały to kodowana przez lin-4 cząsteczka microRNA "wyłącza" lin-14 wiążąc się z odpowiednimi fragmentami jego mRNA i blokując wytwarzanie jego białek. Nowy mechanizm regulacji genów, w którym posredniczą nieznane wcześniej czasteczki mikroRNA został opisany w 1993 roku w dwóch pracach na łamach czasopisma "Cell".
Jak przyznaje Instytut Karoliński, doniesienia Ambrosa i Ruvkuna przyjeto początkowo... całkowitym milczeniem. Choć wyniki były interesujące, taki szczególny mechanizm regulacji genów wydawał się osobliwością dotyczącą organizmu nicienia C. elegans i uznawano, że nie ma odniesienia do organizmu bardziej złożonych zwierząt czy człowieka.
Ta opinia zmieniła się w 2000 roku, kiedy grupa Ruvkuna opublikowałą informacje o kolejnej cząsteczce mikroRNA, kodowanej przez gen let-7. Ten gen występował u wielu organizmów. Obudzone w ten sposób zainteresowanie zaowocowało w kolejnych latach odkryciem setek cząstek mikroRNA. Teraz już wiemy, że mechanizm jest u organizmów wielokomórkowych uniwersalny, jedna cząsteczka mikroRNA może modyfikować ekspresję wielu genów, a jeden gen może być regulowany przez wiele cząsteczek mikroRNA.