三位科學(xué)家獲2013年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎

　　2013年諾貝爾生理學(xué)或醫學(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)現細胞內的主要運輸系統——囊泡運輸的調節機制”。

　　James E. Rothman于1950年出生于美國麻省Haverhill，1976年從哈佛醫學(xué)院獲得博士學(xué)位，曾在MIT做過(guò)博后。1978年他進(jìn)入斯坦福大學(xué)，開(kāi)始了對細胞囊泡的研究。他曾任職的研究機構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(shí)也是霍華德•休斯醫學(xué)研究院研究人員。

　　Thomas C. Südhof于1955年出生于德國Göttingen，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)或醫學(xué)獎)。Südhof于1991年成為霍華德•休斯醫學(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)或醫學(xué)獎授予了三位解開(kāi)細胞如何組織其運輸系統之謎的科學(xué)家。每個(gè)細胞如同一座工廠(chǎng)，制造和輸出著(zhù)各類(lèi)分子比如胰島素產(chǎn)生后釋放到血液中，而被稱(chēng)為神經(jīng)傳遞素的化學(xué)信號則通過(guò)一個(gè)神經(jīng)細胞傳遞到另外一個(gè)神經(jīng)細胞。這些分子都被運輸到細胞周?chē)�的被稱(chēng)為囊泡的小“包裹”中。這次獲獎的三位科學(xué)家解開(kāi)了調控運輸物在正確時(shí)間投遞到細胞中正確位置的分子原理。

　　Randy Schekman發(fā)現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囊泡精確釋放被運輸物的。

　　通過(guò)研究，Rothman, Schekman和Südhof揭開(kāi)了細胞物質(zhì)運輸和投遞的精確控制系統的面紗。該系統的失調會(huì )帶來(lái)有害影響，并可導致諸如神經(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

　　對于一個(gè)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(shí)間運送到正確的地點(diǎn)。細胞，有著(zhù)被稱(chēng)為細胞器的不同“隔間”，也面臨著(zhù)類(lèi)似問(wèn)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(shí)間里傳送到細胞中其他地方或者細胞外。時(shí)間和地點(diǎn)決定一切。囊泡體積微小、呈泡狀，外面包裹著(zhù)膜，或在細胞器之間來(lái)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(guò)程十分重要，因為該過(guò)程可在有遞質(zhì)的條件下觸發(fā)神經(jīng)活動(dòng)，或在有荷爾蒙的條件下控制代謝。囊泡又如何知道何時(shí)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，他在上個(gè)世紀70年代決定利用酵母菌作為模型系統來(lái)從遺傳原理上研究該系統。通過(guò)遺傳篩查，他發(fā)現酵母菌的運輸機制有缺陷，其運輸系統很差勁，囊泡在細胞的特定區域堆積。他發(fā)現導致這種“堵塞”的原因是遺傳的，便繼續研究，試圖找到變異的基因。Schekman發(fā)現三類(lèi)基因能夠控制細胞運輸系統的不同方面，從而為了解細胞囊泡運輸的精密調控機制提供一種新認識。

　　精確“�？俊�

　　James Rothman同樣著(zhù)迷于研究細胞運輸系統的本質(zhì)。當Rothman在上個(gè)世紀80至90年代研究哺乳動(dòng)物細胞內的囊泡運輸時(shí)，他發(fā)現一種蛋白復合物能讓囊泡進(jìn)入并融合目標膜。在融合過(guò)程中，囊泡上的蛋白質(zhì)與目標膜如同拉鏈一般相互結合。這樣的蛋白質(zhì)數量很多且只以特定方式結合，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運行著(zhù)，當囊泡與細胞外膜結合時(shí)便釋放其內容物。

　　后來(lái)人們發(fā)現，Schekman在酵母菌中發(fā)現的基因一部分可編碼Rothman在哺乳動(dòng)物中找到的那些蛋白，從而揭開(kāi)了這種運輸系統的古老進(jìn)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。

　　時(shí)機就是一切

　　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(guò)Rothman和Schekman發(fā)現的機制，與神經(jīng)細胞的外膜融合。不過(guò)，只有當神經(jīng)細胞向其“鄰居”發(fā)信號時(shí)，這些囊泡才被“允許”釋放其內容物。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，即響應鈣離子流入，指導臨近蛋白快速將囊泡綁定至神經(jīng)細胞外膜�！袄�鏈”開(kāi)啟，信號物質(zhì)釋放出來(lái)。Südhof的發(fā)現解釋了短暫的精確如何實(shí)現，以及囊泡內容物如何按指令釋放。

　　囊泡運輸有助理解疾病過(guò)程

　　三位諾獎得主發(fā)現了細胞生理學(xué)的一個(gè)基礎性過(guò)程。這些發(fā)現對于我們理解“貨物”如何以完美的時(shí)機和精確性在細胞內外進(jìn)行轉運具有重大的影響。在從酵母到人類(lèi)的眾多有機體中，囊泡運輸和融合采用的是相同的原理。這一系統對于眾多的生理學(xué)過(guò)程極為重要，在這些生理學(xué)過(guò)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(méi)有這一奇妙的精確組織，細胞將會(huì )墮入混亂的深淵。