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[澳门永利娱乐官网网址]细胞里的“物流”机制

发布日期:2017-09-19 15:01:13
  细胞里的“物流”机制

在新陈代谢过程中,细胞是如何将大量物质进行分拣、包装并送货的,三位诺贝尔奖获得者发现,问题的关键在于囊泡运输系统。

在显微镜下,神经元看起来就像是纸张被揉皱又摊开后的细小褶皱,它们之间靠突触进行沟通,而这正是人脑能够运行的基础。美国斯坦福大学的神经科学家托马斯·苏德霍夫(Thomas Südhof)的研究兴趣就是搞清楚神经元之间的“通讯”是如何进行的。

2013年10月7日,诺贝尔奖网站把电话打到苏德霍夫的手机上时,他正在西班牙的路上开车,当天下午他要到巴埃萨去做一个学术报告。他起初以为是同行打来电话给他指路,于是就把车开进一个停车场去接电话,没想到这是来自瑞典的电话。

在此之前,诺贝尔奖网站的工作人员把电话打到苏德霍夫家里去,但他不在家。电话响了三遍,他的太太陈路才决定下楼接听,她还以为是哪个搞不清时区的中国亲戚打来的。

瑞典皇家科学院宣布把2013年的诺贝尔生理学或医学奖颁给三名在“细胞物质运输”研究上做出突出贡献的科学家——美国的詹姆斯·罗斯曼(James Rothman)和兰迪·舒克曼(Randy Schekman),及出生于德国的托马斯·苏德霍夫(Thomas Südhof) 。

苏德霍夫虽然没有与其他两位一起工作过,但他们三人共同解决了生物学的一个重大问题,即“细胞如何在新陈代谢过程中将大量物质进行分拣、包装并在正确的时间送到正确的地点”。这三位诺贝尔奖获得者已经向人们展示,问题的关键在于细胞内存在的囊泡运输系统。

身体里的物流网络

与现代社会发达的物流网络可以将货物准确地送至千家万户一样,细胞内也需要一个类似的运输系统将细胞产生的分子,如激素、神经递质和细胞因子等运输到细胞内的其他地方或转运出细胞。

早在40年前,著名细胞生物学家、诺贝尔生理学或医学奖得主乔治·帕拉德(George Palade)就在电子显微镜下发现了细胞内的运输网络。他发现细胞内存在一种膜包裹形成的微型小泡也就是囊泡。这些囊泡能够带着细胞货物穿梭于各细胞器间,或是与细胞膜融合将货物释放到细胞外去。囊泡的存在能够有效地防止不同类型、不同去处的细胞货物混杂在一起。

该发现很快被大多数科学家所接受,然而随之而来的是一个更复杂的问题,即“这些囊泡如何知道何时在哪里交付货物”。

1976年,美国加州大学伯克利分校的舒克曼建立了一个实验室,开始采用一种不同寻常的方法探究这一问题。以酵母为模式动物,试图研究细胞内物质运输系统的机制。那个时候,一些同行认为他这个研究是一个“愚蠢的决定”。

通过基因筛选,他发现一株运输系统有缺陷的酵母细胞,这种细胞中的囊泡堆积在细胞内的某些部位,好像物流网络瘫痪造成货物堆积一样。他发现某些遗传基因的突变造成了该酵母细胞的缺陷。

以这些基因为突破口,又经过10年的研究,舒克曼鉴定出了三类在不同阶段调控囊泡运输的基因,从而为物质运输系统的机制提供了一套新的见解。

最早的时候,舒克曼在酵母上的研究不但被一些人认为是愚蠢的,而且还是常常不被看好的基础研究。不过,他的研究后来被证明极具价值。在1980年代和1990年代,许多药物的研发得益于他对酵母的研究。直到今天,全世界三分之一的胰岛素也都是从酵母中来的。

与舒克曼同一时期,当时还在斯坦福大学的罗斯曼也建立了自己的实验室,他利用哺乳动物细胞进行类似的实验。他发现了一种影响细胞物质运输的蛋白,而编码该蛋白的基因与舒克曼在酵母中发现的突变基因相对应,这意味着囊泡运输系统有着共同的演化起源。

除此以外,罗斯曼还发现了一个蛋白复合物,它能使囊泡与目的地的膜系统进行对接和融合。为了确保货物被交付到精确的位置,它们只会以特异性的方式进行结合。该发现阐明了囊泡如何转运至目标的机制。

这些发现早就让舒克曼和罗斯曼成为诺奖的热门人物。在2002年,他们获得了美国的拉斯克奖。有很多这个奖项的获得者随后还会获得诺贝尔奖,因而它常常被当成某种“指针”。这两位生物学家也不例外,他们在内心当中都期待着能在某一年的10月份接到来自斯德哥尔摩的电话。

在一份新闻材料中,加州大学伯克利分校描述称,每一年,在那个令人期待的早晨来了又去、唯独没有瑞典电话的时候,舒克曼和罗斯曼就会互通电话。舒克曼会借用电影中的说法,把这一天称为“土拨鼠日”。在电影《土拨鼠日》中,主人公每天都会重复相同的故事。

这样的日子重复了十年。2013年10月6日晚上,舒克曼从德国领了一个奖回到家,那是德国在生物化学领域的最高奖之一。躺下没几个小时,他就听见太太抱着电话对他喊:“来电话了!来电话了!”这一年,瑞典终于来电话了。“我的天哪。”舒克曼说这是他的第一反应,“我的第二反应也是这个。”
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