10月7日,2013年诺贝尔奖生理学或医学奖在瑞典卡罗琳医学院揭晓,获奖者为三人,他们分别是:美国科学家詹姆斯·罗思曼、兰迪·谢克曼以及德国科学家托马斯·祖德霍夫,以表彰他们发现细胞内部囊泡运输调控机制。
众所周知,每个细胞都可视作生产和输出化学分子的工厂,比如用于调节血糖水平的胰岛素,再比如传递神经信号的神经递质,都是细胞工厂的产品。这些分子在细胞内运输时乘坐的交通工具名为囊泡。承载着化学分子的囊泡是如何在正确的时间抵达正确地点的呢?上述三位科学家像他们所研究的囊泡一样,开始了研究细胞运输机理的接力“快递”。
詹姆斯·罗思曼 解码“交接货物”的暗号
罗思曼同样也是细胞运输系统研究的粉丝。上世纪80和90年代,他在哺乳动物细胞中开展了相关研究。
罗思曼发现,一个蛋白复合物能帮助囊泡与“货物”结合,并将后者装入到囊泡中。而囊泡的膜及目的细胞器的膜上均有相应的信号蛋白。细胞内有很多类似蛋白,二者借助暗号,确保货物的准确及时到达。此外,罗思曼还发现,在胞外转运时,机制与胞内转运非常类似。
进一步的研究中,谢克曼在酵母中鉴定得到基因,罗思曼在哺乳动物细胞中同样也有发现。这一事实也表明,细胞运输机制沿袭自一个古老的进化起源。
兰迪·谢克曼 发现“细胞快递”的基因
兰迪·谢克曼从上世纪70年代起开始研究细胞运输系统的运转机制。他利用酵母作为模式生物开始研究其遗传学基础。通过仔细筛选,谢克曼发现了一株运输系统有障碍的突变株酵母。这株酵母的运输系统像极了当今中国某些大城市的交通状况,组织状况极其混乱,而且无所事事的囊泡会堆积在细胞的某一个角落。
在明确这一状况是由基因突变所导致之后,谢克曼踏上了寻找靶基因之旅。最终,他发现有三类基因调控着细胞运输系统的不同方面,这一系统黑箱也随之露出一缕峥嵘。
托马斯·祖德霍夫 校准“送货时间”的秒表
两位美国科学家之后,细胞“快递”的接力棒交到了德国科学家祖德霍夫手中,
他对大脑中神经细胞间的沟通非常感兴趣。罗思曼与谢克曼的发现可以解释囊泡中的神经递质能通过一定机制释放出来,但这种释放的精确调控机理是怎样的呢?上世纪90年代,人们发现钙离子参与到这一过程中。由此,祖德霍夫的研究开始聚焦于神经细胞中的钙离子敏感蛋白,他描摹出钙离子流动的分子机制,同时还证实囊泡和细胞膜的融合过程是神经递质释放的关键步骤。这一发现解释了细胞运输系统在时间上的精确性,同时还指出“货物”须有指令方能下车。 (宗禾)
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