|
2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎揭曉
|
|
|
James E. Rothman
Randy W. Schekman
Thomas C. Südhof
北京時間10月7日下午5點30分，2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎揭曉，美國、德國3位科學(xué)家James E. Rothman, Randy W. Schekman和Thomas C. Südhof獲獎。獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)的主要運輸系統(tǒng)——囊泡運輸?shù)恼{(diào)節(jié)機制”。
James E. Rothman于1950年出生于美國麻省Haverhill，1976年從哈佛醫(yī)學(xué)院獲得博士學(xué)位，曾在MIT做過博后。1978年他進入斯坦福大學(xué)，開始了對細胞囊泡的研究。他曾任職的研究機構(gòu)還包括普林斯頓大學(xué)、紀念斯隆-凱特靈癌癥研究所和哥倫比亞大學(xué)。2008年，他加入耶魯大學(xué)，目前為該校教授和細胞生物學(xué)系主席。
Randy W. Schekman于1948年出生于美國明尼蘇達州St Paul，曾就學(xué)于加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福大學(xué)，1974年從斯坦福大學(xué)獲得博士學(xué)位，導(dǎo)師為1959年諾獎得主Arthur Kornberg，所在院系正是幾年后Rothman加入的系。1976年，Schekman加入加州大學(xué)伯克利分校，目前為該校分子與細胞生物學(xué)系教授。他同時也是霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究院研究人員。
Thomas C. Südhof于1955年出生于德國G?ttingen，他曾就學(xué)于哥廷根大學(xué)，1982年從該校獲得MD學(xué)位并于同年獲得該校神經(jīng)化學(xué)博士學(xué)位。1983年，他加入美國德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心，作為Michael Brown和Joseph Goldstein的博后（二人于1985年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎）。Südhof于1991年成為霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究院研究人員，2008年成為斯坦福大學(xué)分子與細胞生理學(xué)教授。
2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予了三位解開細胞如何組織其運輸系統(tǒng)之謎的科學(xué)家。每個細胞如同一座工廠，制造和輸出著各類分子比如胰島素產(chǎn)生后釋放到血液中，而被稱為神經(jīng)傳遞素的化學(xué)信號則通過一個神經(jīng)細胞傳遞到另外一個神經(jīng)細胞。這些分子都被運輸?shù)郊毎車谋环Q為囊泡的小“包裹”中。這次獲獎的三位科學(xué)家解開了調(diào)控運輸物在正確時間投遞到細胞中正確位置的分子原理。
Randy Schekman發(fā)現(xiàn)了囊泡傳輸所需的一組基因；James Rothman闡明了囊泡是如何與目標融合并傳遞的蛋白質(zhì)機器；Thomas Südhof則揭示了信號是如何引導(dǎo)囊泡精確釋放被運輸物的。
通過研究，Rothman, Schekman和Südhof揭開了細胞物質(zhì)運輸和投遞的精確控制系統(tǒng)的面紗。該系統(tǒng)的失調(diào)會帶來有害影響，并可導(dǎo)致諸如神經(jīng)學(xué)疾病、糖尿病和免疫學(xué)疾病等的發(fā)生。
物質(zhì)是如何傳遞到細胞內(nèi)
對于一個龐大且繁忙的港口，需要一套運行體制保證正確的貨物在正確的時間運送到正確的地點。細胞，有著被稱為細胞器的不同“隔間”，也面臨著類似問題：細胞產(chǎn)生分子物質(zhì)如荷爾蒙、神經(jīng)傳遞素、細胞因子、酶等，然后將這些物質(zhì)在正確的時間里傳送到細胞中其他地方或者細胞外。時間和地點決定一切。囊泡體積微小、呈泡狀，外面包裹著膜，或在細胞器之間來回運輸物質(zhì)、或與細胞外膜融合將物質(zhì)釋放在外。這一過程十分重要，因為該過程可在有遞質(zhì)的條件下觸發(fā)神經(jīng)活動，或在有荷爾蒙的條件下控制代謝。囊泡又如何知道何時何地“發(fā)貨”呢？
“交通堵塞”揭示遺傳控制
Randy Schekman醉心于研究細胞如何組織其運輸系統(tǒng)，他在上個世紀70年代決定利用酵母菌作為模型系統(tǒng)來從遺傳原理上研究該系統(tǒng)。通過遺傳篩查，他發(fā)現(xiàn)酵母菌的運輸機制有缺陷，其運輸系統(tǒng)很差勁，囊泡在細胞的特定區(qū)域堆積。他發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這種“堵塞”的原因是遺傳的，便繼續(xù)研究，試圖找到變異的基因。Schekman發(fā)現(xiàn)三類基因能夠控制細胞運輸系統(tǒng)的不同方面，從而為了解細胞囊泡運輸?shù)木苷{(diào)控機制提供一種新認識。
精確“?？俊?/span>
James Rothman同樣著迷于研究細胞運輸系統(tǒng)的本質(zhì)。當Rothman在上個世紀80至90年代研究哺乳動物細胞內(nèi)的囊泡運輸時，他發(fā)現(xiàn)一種蛋白復(fù)合物能讓囊泡進入并融合目標膜。在融合過程中，囊泡上的蛋白質(zhì)與目標膜如同拉鏈一般相互結(jié)合。這樣的蛋白質(zhì)數(shù)量很多且只以特定方式結(jié)合，如此使得運輸物質(zhì)能夠投遞到精確位置。同樣的原理也在細胞內(nèi)運行著，當囊泡與細胞外膜結(jié)合時便釋放其內(nèi)容物。
后來人們發(fā)現(xiàn)，Schekman在酵母菌中發(fā)現(xiàn)的基因一部分可編碼Rothman在哺乳動物中找到的那些蛋白，從而揭開了這種運輸系統(tǒng)的古老進化起源。他們一同繪制出了這種細胞運輸機制的關(guān)鍵部分。
Thomas Südhof對于腦中的神經(jīng)細胞如何相互交流很感興趣。信號分子——神經(jīng)遞質(zhì)從囊泡中釋放，通過Rothman和Schekman發(fā)現(xiàn)的機制，與神經(jīng)細胞的外膜融合。不過，只有當神經(jīng)細胞向其“鄰居”發(fā)信號時，這些囊泡才被“允許”釋放其內(nèi)容物。這種控制方式為何如此精確？已知的是，鈣離子參與其中，在1990年代，Südhof在神經(jīng)細胞中搜索鈣敏感蛋白。他鑒別出這種分子機制，即響應(yīng)鈣離子流入，指導(dǎo)臨近蛋白快速將囊泡綁定至神經(jīng)細胞外膜?！袄湣遍_啟，信號物質(zhì)釋放出來。Südhof的發(fā)現(xiàn)解釋了短暫的精確如何實現(xiàn)，以及囊泡內(nèi)容物如何按指令釋放。
囊泡運輸有助理解疾病過程
三位諾獎得主發(fā)現(xiàn)了細胞生理學(xué)的一個基礎(chǔ)性過程。這些發(fā)現(xiàn)對于我們理解“貨物”如何以完美的時機和精確性在細胞內(nèi)外進行轉(zhuǎn)運具有重大的影響。在從酵母到人類的眾多有機體中，囊泡運輸和融合采用的是相同的原理。這一系統(tǒng)對于眾多的生理學(xué)過程極為重要，在這些生理學(xué)過程中，囊泡融合必須被控制，包括在腦中發(fā)信號以及釋放荷爾蒙和免疫因子。缺陷性囊泡運輸發(fā)生于許多疾病中，包括大量神經(jīng)性和免疫性疾病，以及糖尿病。若是沒有這一奇妙的精確組織，細胞將會墮入混亂的深淵。
