ผู้ค้นพบ “ไมโครอาร์เอ็นเอ” พิชิตโนเบลสรีรวิทยา-การแพทย์ 2024

คณะกรรมการรางวัลโนเบลแห่งสถาบันคาโรลินสกาของสวีเดน ประกาศว่าสองนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้แก่ศาสตราจารย์วิกเตอร์ แอมบรอส จากคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ (UMass) และศาสตราจารย์แกรี รัฟคัน จากโรงพยาบาลทั่วไปรัฐแมสซาชูเซตส์ (MGH) คือผู้ร่วมกันพิชิตรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2024 จากผลงานการค้นพบ “ไมโครอาร์เอ็นเอ” (microRNA)

คณะกรรมการรางวัลโนเบลแห่งสถาบันคาโรลินสกาแถลงว่า การค้นพบสารพันธุกรรมชนิดใหม่ดังกล่าว ทำให้ทราบว่ามันมีบทบาทสำคัญต่อการควบคุมการแสดงออกของหน่วยพันธุกรรมหรือยีน หลังกระบวนการถอดและคัดลอกรหัสพันธุกรรมในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเสร็จสิ้นลง

กลไกทางพันธุกรรมในร่างกายของคนและสัตว์นั้น ในทุกเซลล์จะมี “ชุดข้อมูลดิบ” หรือสารบรรจุรหัสพันธุกรรมที่เรียกว่าดีเอ็นเอ (DNA) อยู่เหมือนกันทั้งหมด แต่ในความเป็นจริงแล้ว เซลล์ของอวัยวะต่าง ๆ กลับมีรูปร่างลักษณะและการทำงานที่ไม่เหมือนกัน แม้จะเจริญเติบโตมาจากการแบ่งเซลล์โดยคัดลอกข้อมูลพันธุกรรมชุดเดียวกันก็ตาม

เซลล์ประสาทสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างจากคลื่นไฟฟ้าที่ควบคุมจังหวะการเต้นของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ ส่วนเซลล์ตับที่ควบคุมระบบการเผาผลาญใช้พลังงาน ก็แตกต่างจากเซลล์ไตซึ่งทำหน้าที่กรองของเสียออกจากเลือดเป็นหลัก ส่วนเซลล์จอประสาทตาซึ่งทำหน้าที่รับแสง ก็ทำงานไม่เหมือนกับเซลล์เม็ดเลือดขาวซึ่งทำหน้าที่ภูมิคุ้มกันต้านการติดเชื้อ

ความแตกต่างทั้งหมดนี้มาจากการแสดงออกของยีน (gene expression) ซึ่งในอดีตนักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่ศ.แอมบรอส และศ.รัฟคัน คือสองคนแรกที่ค้นพบว่า โมเลกุลอาร์เอ็นเอขนาดเล็กที่เกาะติดอยู่กับเมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ (mRNA) ซึ่งถูกผลิตออกมาขณะที่มีการคัดลอกรหัสพันธุกรรม จะทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการแสดงออกของยีน จนเกิดการเจริญของเซลล์ในตัวอ่อนที่แตกต่างกันออกเป็นหลายแบบ ทั้งยังเป็นสาเหตุของการกลายพันธุ์ที่เร่งให้เกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อน รวมทั้งโรคทางพันธุกรรมและโรคมะเร็งชนิดต่าง ๆ

ในระหว่างการแบ่งตัวของเซลล์ จะมีการคัดลอกรหัสพันธุกรรมหรือดีเอ็นเอที่เป็นต้นฉบับในนิวเคลียส โดยจะมีการผลิต mRNA ขึ้นและส่งออกมายังด้านนอกของนิวเคลียส เพื่อเป็นชุดคำสั่งควบคุมการผลิตโปรตีนภายในเซลล์ แต่ไมโครอาร์เอ็นเอที่เกาะติดมากับสาย mRNA จะเข้าแทรกแซงโดยยับยั้งไม่ให้มีการผลิตโปรตีนบางตัว ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการแสดงออกหรือไม่แสดงออกของยีนได้

อาร์เอ็นเอที่เกาะติดมากับสาย mRNA จะเข้าแทรกแซงโดยยับยั้งไม่ให้มีการผลิตโปรตีนบางตัว ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการแสดงออกหรือไม่แสดงออกของยีนได้

ปัจจุบันมีการค้นพบว่า ข้อมูลพันธุกรรมทั้งหมดหรือจีโนม (genome) ของมนุษย์ มีไมโครอาร์เอ็นเอมากกว่า 1,000 ตัว ซึ่งในจำนวนนี้หลายร้อยตัวยังพบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสายพันธุ์ต่าง ๆ รวมทั้งในหนู, แมลงป่อง, เห็บ, หอยกาบ, และหนอนตัวกลม C. elegans ที่ศ.แอมบรอส และ ศ.รัฟคัน ใช้ค้นคว้าวิจัยในการนี้ด้วย

เว็บไซต์ของวารสารวิชาการ Nature รายงานถึงที่มาของการค้นพบสำคัญครั้งนี้ว่า เมื่อปี 1993 ศ.แอมบรอส และ ศ.รัฟคัน ได้ร่วมกันศึกษาหนอนตัวกลม C. elegans จนพบว่ามันมียีนพิเศษสองตัวคือ lin-4 และ lin-14 ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเจริญเติบโตของตัวอ่อน เพราะหากยีนสองตัวนี้เกิดการกลายพันธุ์ขึ้น ตัวอ่อนของหนอนตัวกลมจะมีการเจริญเติบโตที่ผิดปกติได้

ศ.แอมบรอสพบว่า ยีน lin-4 สามารถขัดขวางยับยั้งการทำงานของยีน lin-14 โดยยีน lin-4 ไม่ได้ทำการเข้ารหัสเพื่อผลิตโปรตีนตัวหนึ่งตามปกติ แต่กลับผลิตสายอาร์เอ็นเอขนาดเล็กออกมาแทน ส่วนศ.รัฟคันซึ่งมุ่งศึกษาเจาะลึกยีน lin-14 กลับพบว่ายีนตัวนี้สามารถผลิตโปรตีนที่ขาดหายไปในยีน lin-4 ได้ ทำให้สรุปผลการวิจัยออกมาว่า สายอาร์เอ็นเอขนาดเล็กหรือไมโครอาร์เอ็นเอจากยีน lin-4 ก็คือตัวควบคุมการผลิตโปรตีน หรือตัวควบคุมการแสดงออกของยีนนั่นเอง

ต่อมาในปี 2000 ทีมวิจัยของศ.รัฟคัน ได้ค้นพบไมโครอาร์เอ็นเอใหม่อีกตัวหนึ่งในหนอน C. elegans แต่ไมโครอาร์เอ็นเอชนิดนี้กลับพบได้ในมนุษย์และสัตว์อีกหลายชนิดด้วย พลิกความเข้าใจดั้งเดิมที่มีมาว่า ไมโครอาร์เอ็นเอคือสารพันธุกรรมที่มีอยู่แต่ในหนอนตัวกลมเท่านั้น

ศ.จานอช เฮลเลอร์ จากมหาวิทยาลัยดับลินซิตีของไอร์แลนด์ บอกกับบีบีซีว่า “ผลงานของทั้งสองที่บุกเบิกเรื่องไมโครอาร์เอ็นเอซึ่งควบคุมการแสดงออกของยีน ได้ปูทางไปสู่การวิจัยแนวใหม่เพื่อการบำบัดโรคร้ายแรงเช่นโรคลมชัก ทั้งยังช่วยเปิดหูเปิดตาให้เราได้เห็นกลไกอันน่าอัศจรรย์ ซึ่งควบคุมสิ่งที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ของเรา”

ด้าน ศ.เอริก มิสกา นักชีววิทยาผู้เชี่ยวชาญด้านอาร์เอ็นเอจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ของสหราชอาณาจักร บอกกับเว็บไซต์ Nature ว่าผลงานของศ.แอมบรอส และ ศ. รัฟคัน ช่วยให้วงการวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักถึงขั้นตอนสำคัญขั้นหนึ่ง ที่ขาดหายไปในกระบวนการควบคุมยีน ซึ่งอาจนำไปใช้ในการวินิจฉัยและรักษาโรคร้ายแรงได้ โดยปัจจุบันเริ่มมีการวิจัยและพัฒนายาจากไมโครอาร์เอ็นเอแล้ว แต่การนำโมเลกุลอาร์เอ็นเอเข้าสู่เซลล์ยังถือเป็นความท้าทายที่ทำได้ยากอยู่

เจ้าของรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์แต่ละคน จะได้รับเงินรางวัลครึ่งหนึ่งจากทั้งหมด 11 ล้านโครนสวีเดน หรือราว 35.6 ล้านบาท