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    根據(jù)諾貝爾獎委員會網(wǎng)站消息，2013諾貝爾生理學或醫(yī)學獎于北京時間7日17時30分揭曉：James E. Rothman,Randy W. Schekman 與 Thomas C. Südhof 三人分享2013年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎（The 2013 Nobel Prize in Physiology or Medicine）。

    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”（“for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells”）。
 

    細胞膜運轉(zhuǎn)領域三位科學家分享2013年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎

    總結(jié)

    2013年諾貝爾生理學或醫(yī)學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 Südho f則揭示了信號是如何引導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，并可導致諸如神經(jīng)學疾病、糖尿病和免疫學疾病等的發(fā)生。

    細胞內(nèi)物質(zhì)輸運是如何實現(xiàn)的？

    正如在一個繁忙的大型港口，你必須要有一套體系來確保你的貨物會在規(guī)定的時間被配送到規(guī)定的位置，細胞也是一樣。細胞內(nèi)有各種復雜的細胞器，它們面臨的問題是相似的：細胞會產(chǎn)生出各種不同的分子，如荷爾蒙，神經(jīng)傳遞素，細胞活素以及酶，它們必須被傳遞至細胞內(nèi)不同的位置上，或者需要被精確地在正確的時間轉(zhuǎn)運至細胞外部。在這一過程中，時間和地點的正確是最關鍵的。這就要依賴于囊泡的作用，這是一些微小的小泡結(jié)構(gòu)，外部有膜包裹，它們負責在各細胞器之間運輸細胞內(nèi)部的“貨物”,或是通過與細胞膜的融合從而向細胞外部釋放細胞內(nèi)產(chǎn)生的物質(zhì)。這一機制至關重要，如它控制著神經(jīng)傳遞素的傳遞，后者是激發(fā)生物體神經(jīng)系統(tǒng)反應的觸發(fā)開關；又或者在新陳代謝方面，它控制著荷爾蒙的分配傳遞。那么這些囊泡結(jié)構(gòu)究竟是如何能確保運輸?shù)臅r間和地點正確性的呢？

    交通堵塞背后的基因控制機制

    早在上世紀的1970年代，Randy Schekman便被細胞如何調(diào)節(jié)其內(nèi)部輸運機制深深吸引并投身此項研究，并試圖利用酵母菌作為模型樣本來研究其背后的基因機制。在基因篩選中，他找到一些顯示出輸運機制缺陷的酵母菌細胞，其表現(xiàn)就像是一個缺乏指揮協(xié)調(diào)而一片混亂的公共交通系統(tǒng)，其內(nèi)部囊泡堆積在細胞內(nèi)的部分區(qū)域。他發(fā)現(xiàn)造成這種囊泡發(fā)生“交通堵塞”的原因是基因?qū)用娴?，并?jù)此順藤摸瓜找到了其背后的基因機制。他找到了3組不同的基因?qū)@一細胞運輸機制產(chǎn)生作用，從而改變并大大加深了我們對細胞如何規(guī)范其內(nèi)部輸運系統(tǒng)的認識。

    精確對接

    James Rothman同樣對細胞輸運機制感到好奇。在上世界80——90年代期間，Rothman正開展對哺乳動物細胞囊泡輸運機制的研究，他發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)可以讓囊泡實現(xiàn)與其目標細胞膜的對接和融合。在融合過程中，囊泡上的蛋白質(zhì)和細胞膜上的蛋白質(zhì)相互結(jié)合，就像分開的拉鏈相互咬合一樣。這類蛋白質(zhì)有很多種，并且只有當合適的配對出現(xiàn)時才會發(fā)生融合，這就確保了“貨物”只會被運輸?shù)皆O定的位置上而不會出現(xiàn)錯誤。這一機制不管是在內(nèi)部細胞器之間的運輸，還是向外的運輸過程中都會起作用。

    隨后的研究發(fā)現(xiàn)，Schekman在酵母菌細胞內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的部分基因正是產(chǎn)生Rothman在哺乳動物細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)的背后機制，這揭示了一項細胞輸運體系內(nèi)古老的進化起源。至此，這兩位科學家的研究工作描繪了細胞輸運體系的關鍵環(huán)節(jié)。

    時間就是一切

    Thomas Südhof對大腦內(nèi)神經(jīng)細胞是如何相互之間進行溝通感興趣。這種傳遞信息的物質(zhì)被稱為神經(jīng)傳遞素，這種特殊分子正是由囊泡負責運輸至神經(jīng)細胞的細胞膜上并借助融合機制向外釋放的。這正是Rothman 和Schekman所發(fā)現(xiàn)的機制。然而這些囊泡只有在其所在的神經(jīng)細胞向其“鄰居”發(fā)送信號之后才會被允許釋放它們運載的“貨物”.這種精確的時機把握究竟是如何實現(xiàn)的？

    科學家們此前便已經(jīng)知道鈣離子參與了這一過程，在上世紀90年代，Südhof便開始在神經(jīng)細胞中尋找對鈣離子敏感的蛋白質(zhì)。最終他識別出一種分子機制，其會對注入的鈣離子做出反應，并控制鄰近的蛋白質(zhì)迅速讓囊泡與神經(jīng)細胞的外部細胞膜相結(jié)合。于是“拉鏈”打開了，信號物質(zhì)被釋放出去。Südhof的發(fā)現(xiàn)解釋了這種細胞傳輸?shù)臅r間精確性是如何實現(xiàn)的，以及囊泡中的物質(zhì)是如何實現(xiàn)受控地釋放。

    囊泡輸運機制與疾病過程

    今年的3位諾獎獲獎科學家發(fā)現(xiàn)了細胞生理學過程中的一項關鍵過程。他們的工作揭示了細胞內(nèi)部和外部的輸運體系是如何達成時間與位置上的精確性的。在細胞中，不管是酵母菌還是人類，不管高等生物還是低等生物，它們體內(nèi)的囊泡輸運以及細胞膜融合機制都遵循相同的基本原理。這一體系對于一系列的生理過程而言都至關重要，從大腦信號的傳遞，到荷爾蒙的釋放，再到免疫細胞活素。但當發(fā)生疾病時，細胞內(nèi)的囊泡輸運機制會出現(xiàn)問題，這當中包括一些神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)疾病。離開這一堪稱完美的控制機制，細胞將陷于混亂。
 

    獲獎者簡介

    James E. Rothman:1950年出生于美國馬薩諸塞州Haverhill,他于1976年在哈佛大學醫(yī)學院獲得博士學位，隨后在麻省理工學院做博士后研究工作。1978年Rothman前往加州的斯坦福大學，并在那里開始進行針對細胞囊泡的研究工作。Rothman還曾經(jīng)在普林斯頓大學以及紀念斯隆-凱特林癌癥研究所和哥倫比亞大學工作過。2008年，他開始在耶魯大學任職，目前是耶魯大學細胞生物學系系主任和教授。

    Randy W. Schekman:1948年生于美國明尼蘇達州St Paul,曾先后在加州大學洛杉磯分校以及斯坦福大學求學，并于1974年獲得博士學位，指導老師為Arthur Kornberg,后者是1959年度諾貝爾獎獲得者。1976年，Schekman前往加州大學伯克利分校任職，目前他仍然是該校分子與細胞生物學系教授。同時Schekman也是霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員。

    Thomas C. Südhof:1955年生于德國哥廷根。他在哥廷根大學求學并于1982年獲得碩士學位，同年獲得該校神經(jīng)化學博士學位。1983年他前往美國達拉斯的德州大學西南醫(yī)學研究中心開展博士后研究，其導師是Michael Brown和Joseph Goldstein,他們是1985年度諾貝爾生理學與醫(yī)學獎得主。Südhof在1991年成為霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員，并在2008年開始擔任斯坦福大學分子與細胞生理學教授。

    James E. Rothman 與 Randy W. Schekman 曾榮獲 2009年度湯森路透“引文桂冠”;Thomas C. Südhof 則剛榮獲了2013 年度的拉斯克基礎醫(yī)學獎。湯森路透“引文桂冠”以及拉斯克基礎醫(yī)學獎是公認的諾獎風向標，今年再次驗證！