Az apró RNS-molekulák új osztályát a C. elegans férget vizsgálva fedezték fel a tudósok. A Caenorhabditis elegans a talajférgek rendjébe tartozó, körülbelül 1 milliméter hosszú, talajban élő, átlátszó fonálféregfaj. Ugyan a mikro-RNS-eket ezen állatokat vizsgálva fedezték fel, de jelenlétük és működésük nélkülözhetetlen a többsejtű szervezetek számára, beleértve az embereket is, alapvető fontosságúak az organizmusok fejlődésében és működésében.

A kitüntetettek 11 millió svéd koronán (388 millió forintnyi összeget) osztoznak. A díjat hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján adják át.

A kromoszómáinkban tárolt információ testünk összes sejtjére vonatkozó használati utasításhoz hasonlítható. Minden sejt ugyanazokat a kromoszómákat tartalmazza, tehát minden sejt pontosan ugyanazt a génkészletet és pontosan ugyanazt az utasításkészletet tartalmazza. Mégis, a különböző sejttípusok, mint például az izom- és idegsejtek, nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Hogyan keletkeznek ezek a különbségek? A válasz a génszabályozásban rejlik, amely lehetővé teszi, hogy minden sejt csak a megfelelő utasításokat válassza ki. Ez biztosítja, hogy minden sejttípusban csak a megfelelő génkészlet legyen aktív – írta a kutatók munkájáról szóló közlemény bevezetőjében a Nobel-díjat odaítélő Svéd Királyi Tudományos Akadémia. Az idei orvosi-élettani Nobel-díj egy olyan létfontosságú szabályozó mechanizmus felfedezéséért járt, amely a sejtekben működik a génaktivitás szabályozására.

A genetikai információ a DNS-ből a hírvivő RNS-be (mRNS) áramlik a transzkripciónak nevezett folyamaton keresztül, majd a sejtek fehérjetermelő rendszerébe kerül. Ott az mRNS-eket "kiolvassák", így a fehérjék a DNS-ben tárolt genetikai utasítások szerint készülnek. A 20. század közepe óta a legalapvetőbb tudományos felfedezések közül több is megmagyarázta ezeknek a folyamatoknak a működését.

A génaktivitás pontos szabályozása lehetővé teszi, hogy minden egyes sejttípusban csak a megfelelő génkészlet legyen aktív. Így válhatnak alkalmassá például az izomsejtek, a bélsejtek és a különböző típusú idegsejtek a speciális funkcióik ellátására.

Ezen kívül a génaktivitást folyamatosan finomhangolni kell, hogy a sejtfunkciókat a testünkben és a környezetünkben uralkodó változó körülményekhez igazítsuk. Ha a génszabályozás meghibásodik, az olyan súlyos betegségekhez vezethet, mint a rák, a cukorbetegség vagy az autoimmunitás. Ezért a génaktivitás szabályozásának megértése hosszú évtizedek óta fontos cél.

Az 1960-as években kimutatták, hogy a speciális fehérjék, az úgynevezett transzkripciós faktorok, képesek kötődni a DNS meghatározott régióihoz, és szabályozni tudják a genetikai információáramlást azáltal, hogy meghatározzák, mely mRNS-ek keletkeznek. Azóta több ezer transzkripciós faktort azonosítottak, és sokáig azt hitték, hogy a génszabályozás főbb elvei megoldódtak. 1993-ban azonban az idei Nobel-díjasok váratlan eredményeket tettek közzé, amelyek a génszabályozás új szintjét írták le, amely rendkívül jelentősnek és az evolúció során konzerváltnak bizonyult.

Az 1960-as években kimutatták, hogy a speciális fehérjék, az úgynevezett transzkripciós faktorok, képesek kötődni a DNS meghatározott régióihoz, és szabályozni tudják a genetikai információáramlást azáltal, hogy meghatározzák, mely mRNS-ek keletkeznek. Azóta több ezer transzkripciós faktort azonosítottak, és sokáig azt hitték, hogy a génszabályozás főbb elvei megoldódtak. 1993-ban azonban az idei Nobel-díjasok váratlan eredményeket tettek közzé, amelyek a génszabályozás új szintjét írták le, amely rendkívül jelentősnek és az evolúció során konzerváltnak bizonyult.

Az 1980-as évek végén Victor Ambros és Gary Ruvkun posztdoktori ösztöndíjasok voltak a 2002-ben Nobel-díjjal kitüntetett Robert Horvitz laboratóriumában, Sydney Brenner és John Sulston mellett. Horvitz laboratóriumában egy viszonylag szerény, 1 mm hosszú férget, a C. eleganst vizsgálták. Kis mérete ellenére a C. elegans számos speciális sejttípussal rendelkezik – így például ideg- és izomsejtekkel –, amelyek nagyobb, összetettebb állatokban is megtalálhatók, ezért hasznos modell a szövetek fejlődésének és érésének vizsgálatára a többsejtű szervezetekben. Ambros és Ruvkun olyan géneket vizsgáltak, amelyek szabályozzák a különböző genetikai programok aktiválásának időzítését, biztosítva, hogy a különböző sejttípusok a megfelelő időben fejlődjenek ki. Két mutáns féregtörzset, a lin-4-et és a lin-14-et tanulmányozták, amelyek hibákat mutattak a genetikai programok aktiválásának időzítésében a fejlődés során. A díjazottak azonosítani akarták a mutált géneket és megértették a funkciójukat. Ambros korábban kimutatta, hogy a lin-4 gén a lin-14 gén negatív szabályozója. Azonban nem ismert, hogy a lin-14 aktivitást hogyan blokkolták. Ambros és Ruvkun figyelmét felkeltették ezek a mutánsok és lehetséges kapcsolatuk, elkezdték vizsgálni a rejtélyes folyamatot.

Posztdoktori kutatása után Victor Ambros a Harvard Egyetemen újonnan alapított laboratóriumában elemezte a lin-4 mutánst és felfedezte, hogy ez a gén szokatlanul rövid RNS-molekulát termelt, amelyből hiányzott a fehérjetermelés kódja. Ez a meglepő eredmény arra utalt, hogy a lin-4-ből származó kis RNS felelős a lin-14 gátlásáért.

Ezzel párhuzamosan Gary Ruvkun a lin-14 gént vizsgálta a Massachusetts General Hospital és a Harvard Medical Schoolban lévő laboratóriumában. Ellentétben azzal, ahogy a génszabályozást akkoriban ismerték, Ruvkun kimutatta, hogy a lin-4 nem a lin-14 mRNS-termelését gátolja. A szabályozás a génexpresszió folyamatának egy későbbi szakaszában, a fehérjetermelés leállásán keresztül jelentkezett. A kísérletek egy olyan szegmenst is feltártak a lin-14 mRNS-ben, amely szükséges volt a lin-4 általi gátlásához. A két díjazott összehasonlította eredményeiket, ami áttörést jelentő felfedezést eredményezett. A rövid lin-4 szekvencia megfelelt a komplementer szekvenciáknak a lin-14 mRNS kritikus szegmensében.

Ambros és Ruvkun további kísérleteket végzett, amelyek kimutatták, hogy a lin-4 mikro-RNS kikapcsolja a lin-14-et azáltal, hogy kötődik az mRNS-ében lévő komplementer szekvenciákhoz, blokkolva a lin-14 fehérje termelődését. Felfedezték a génszabályozás új elvét, amelyet egy korábban ismeretlen típusú RNS, a mikro-RNS közvetít. Az eredményeket 1993-ban tették közzé két cikkben a Cell folyóiratban.

A mikro-RNS-ek működését azóta számos kutatócsoport tanulmányozta. A mikroRNS kötődése a fehérjeszintézis gátlásához vagy az mRNS lebomlásához vezet. Érdekes módon egyetlen mikroRNS számos különböző gén expresszióját szabályozhatja, és fordítva, egyetlen gént több mikroRNS is szabályozhat, ezáltal koordinálva és finomhangolva a gének teljes hálózatát.

A funkcionális mikroRNS-ek előállítására szolgáló sejtfunkciók más kis RNS-molekulákat is előállítanak, ezek a folyamatok növényekben és állatokban is lezajlanak, így például a növények ezt alkalmazzák a vírusfertőzések elleni védekezésre.