Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2024 году стали американцы Виктор Амброз и Гэри Равкан за открытие микроРНК и ее роли в посттранскрипционной регуляции генов. Об этом представители Нобелевского комитета объявили на церемонии, прошедшей в Стокгольме.
Нашли «ключик» от генома
В каждой клетке нашего тела содержится один и тот же набор генов, которые регулируют их работу. Однако мы видим, что клетки у нас в организме абсолютно разные: есть мышечные, есть нервные, а есть кардиомиоциты — клетки сердца, которые бьются под микроскопом. Долгое время ученые не могли понять, почему при наличии одной и той же инструкции в ДНК клетки работают по-разному? Кроме того, клетки постоянно подстраиваются под внешнюю среду, как это происходит? Если регуляция генов нарушается, это может привести к серьезным заболеваниям, таким как рак, диабет или аутоиммунные заболевания. Поэтому изучение регуляции активности генов было важной задачей на протяжении многих лет.
Ученые Виктор Амброс и Гэри Равкан нашли этот «ключик» — микроРНК, новый класс крошечных молекул РНК, которые играют решающую роль в регуляции генов животных.
Они изучали маленького червячка C. elegans, который обладает типами клеток, которые есть у более крупных организмов (например, мышечные и нервные). Это делает его идеальной моделью для исследования того, как развиваются и созревают ткани в многоклеточных организмах.
Как рассказал «Газете.Ru» генетик, заведующий лабораторией геномной инженерии МФТИ Павел Волчков, микроРНК похожи на мануал органа — то есть специальный переключатель слева от клавиатур инструмента, который в единый момент делает его звук другим.
«Я бы сравнил микроРНК с мануалом на органе. Клавиши — ДНК — все время одни и те же, но мануал — микроРНК — может кардинально изменить тембр инструмента, мелодия зазвучит абсолютно по-другому. МикроРНК — такой же мануал, но для клеток.
То есть лауреатам удалось объяснить, почему все многоклеточные организмы имеют примерно одинаковое количество генов, но сильно друг от друга отличаются. Дело в том, что эволюция животных пошла не по пути увеличения количества генов, а по пути комбинаторики, то есть изменения программ использования этих генов. Если бы не было специальных механизмов, которые позволяют этому геному по-разному проявляться в каждой клетке, то мы бы с вами представляли собой единый комок одинаковых клеток», — объяснил Волчков.
Как рассказал «Газете.Ru» генетик, профессор СФУ и Геттингенского университета Константин Крутовский, с работой микроРНК ежедневно сталкивается каждый человек. Так, например, именно микроРНК отвечают за начало и конец потоотделения.
«Вот пример: когда человеку жарко, он начинает потеть. Это помогает охлаждать тело через испарение жидкости, поддерживая оптимальную температуру. Как запускается этот процесс? В этот момент активируются гены, отвечающие за потоотделение. Но после того, как человек, находясь в жарких условиях, выходит на улицу, где холодно, — потоотделение надо остановить. В такой ситуации необходимо быстро отключить одни гены и активировать другие, которые способствуют энергосбережению. Именно это делают микроРНК. Они могут отключать одни гены и активировать другие, что обеспечивает быструю адаптацию организма к меняющимся условиям окружающей среды», — рассказал Крутовский.
«Также сейчас используются короткие интерферирующие РНК, которые применяются в борьбе с раком, вызванным активностью ненужных генов», — отметил ученый.
По словам Крутовского, премия дана абсолютно заслуженно, однако ее можно было бы вручить и раньше.
«Я даже удивлен, что ее вручают только сейчас. МикроРНК — это обширная область исследований, в которой постоянно происходят открытия. Например, до сих пор точно неизвестно точное число генов у человека, кодирующих короткие РНК. Новые микроРНК открывают чуть ли не каждый день. Сейчас их насчитывается несколько тысяч», — отметил Крутовский.
Червь помог разгадать тайну генома
Открытие ученые сделали благодаря червю C. elegans, которого они изучали. Червяк стал первым организмом на планете, геном которого полностью прочитали (секвенировали).
Дело в том, что эта нематода представляет собой идеальную модель для исследований биологии и заболеваний человека, ведь имеет столько же генов, сколько человек.
Кроме того, развитие нематоды строго определено, то есть проходит одинаково у всех представителей C. elegans — благодаря этому ученым удалось сосчитать все соматические клетки червяка и проследить судьбу каждой из них от оплодотворения до стадии взрослого животного. Ключевые гены и молекулярные каскады, регулирующие эмбриональное развитие и апоптоз, были открыты именно на C. elegans.
В своей работе лауреаты использовали нематод-мутантов Caenorhabditis elegans, у которых время запуска генетических программ во время развития было нарушено. У одних червей мутация затрагивала ген lin-14, у других — lin-4. Сначала Эмброс обнаружил, что ген lin-4, по-видимому, подавляет активность lin-14. Однако оставалось неясным, каким образом это происходит. Так и была найдена очень короткая молекула РНК.
Этот механизм регуляции генов был описан в статье 1993 года. Какое-то время этот механизм считался характерным только для C. elegans. Спустя семь лет Равкан с коллегами открыли еще одну микроРНК, ген которой присутствует в том числе и у людей. С тех пор ученые стали находить все новые и новые микроРНК человека.
Хотел стать бейсболистом
Нобелиат Виктор Амброс родился в штате Нью-Гемпшир в многодетной семье польского военного беженца Лонгина Богдана Амброса и его жены Мелиссы Амброс. Он вырос на небольшой молочной ферме в соседнем штате Вермонт.
Как рассказал Амброс в интервью PLOS Genetics, его отец с 15 до 19 лет оставался узником немецких трудовых лагерей в годы Второй мировой войны. После своего освобождения он некоторое время служил помощником офицеров армии США в Германии и самостоятельно сумел выучить английский язык. По словам Виктора Амброса, на момент его рождения отец уже был очень образованным и начитанным человеком, а в их семье очень уважали книги.
Сам Виктор признался, что в детстве мечтал стать бейсболистом, но затем увлекся наукой, прочитав истории об известных изобретателях и астрономах.
«Я помню, как читал о Клайде Томбо, который открыл Плутон. Он был простым парнем с фермы, который занялся любительской астрономией и в итоге стал профессиональным исследователем космоса. Я действительно отождествлял себя с этим, будучи мальчиком, и меня увлекла идея попытаться присоединиться к этой традиции и стать ученым», — рассказал Амброс для сайта фонда Грубера.
После окончания средней школы Виктор Амброс отправился в Массачусетский технологический институт (MIT). Его вступительное эссе для заявки на поступление состояло всего из четырех слов: «Я хочу стать ученым». В MIT Амброс получил степень бакалавра наук и доктора философии по биологии.
В 1979 году Амброс начал работать в лаборатории биолога (будущего лауреата премии Грубера и Нобелевской премии) Роберта Хорвица в MIT, где и сделал открытия, за которые была присуждена премия. В 1984 году Амброс занял должность преподавателя в Гарвардском университете, а в 1992 году перешел в Дартмутский колледж. В обоих местах он продолжил свою работу.
«Каждый день в моей лаборатории — это приключение. Когда я был ребенком, то хотел принадлежать к чему-то важному. Я чувствую, что мне очень повезло, ведь я смог этого достичь»,
— добавил Амброс.
Бросил науку ради дома на колесах
Гэри Равкан родился в еврейской семье Сэмюэля и Доры (урожденной Гуревич) Равкан. Его отец был инженером-строителем, а мать была домохозяйкой, которая получила степень бакалавра по психологии в том же году, когда Равкан окончил среднюю школу. Оба родителя поощряли интерес сына к науке, особенно к космологии, и в очень юном возрасте купили ему телескоп и микроскоп. Равкан учился в Калифорнийском университете в Беркли, где собирался изучать электротехнику, но быстро переключился на физику.
«У меня было ощущение, что эти ребята были настоящими учеными, что это была настоящая наука. Прошло всего 20 лет после Второй мировой войны, и физика была королевой наук в то время, особенно ядерная физика», — рассказал он для фонда Грубера.
После окончания Калифорнийского университета Равкан провел два года, путешествуя на бело-голубом фургоне Dodge 1969 года. В конце концов он устроился на работу в кооператив по посадке деревьев в Орегоне.
«Идея бросить учебу и заняться чем-то странным тогда не казалась такой сумасшедшей, как сегодня», — говорит он.
Затем Равкан около шести месяцев путешествовал по Южной Америке, пока однажды в боливийско-американском клубе не наткнулся на стопку журналов Scientific American. После этого он вернулся к науке и начал работать в Гарвардском университете, где получил степень по биофизике. После этого он начал работать в Массачусетском технологическом институте (MIT) вместе с Виктором Амбросом, где они и совершили нобелевское открытие.
Сейчас Равкан занимается разработкой роботизированных инструментов, которые смогут искать жизнь на Марсе.