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追踪蛋白质的旅程

来源:浙江日报
摘要:你也许知道,胰岛素、消化酶、胶原蛋白、生长素等人体内的蛋白质,对我们的生命发挥着重要作用。但你未必知道,它们从细胞进入人体内,要历经怎样的漫漫旅程。斯德哥尔摩时间7日11时30分(北京时间17时30分),诺贝尔奖评选委员会秘书长戈兰·汉松在瑞典卡罗琳医学院揭晓了这一答案—2013年,走过第112年的诺贝尔奖生理学......

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你也许知道,胰岛素、消化酶、胶原蛋白、生长素等人体内的蛋白质,对我们的生命发挥着重要作用。但你未必知道,它们从细胞进入人体内,要历经怎样的漫漫旅程。

斯德哥尔摩时间7日11时30分(北京时间17时30分),诺贝尔奖评选委员会秘书长戈兰·汉松在瑞典卡罗琳医学院揭晓了这一答案—2013年,走过第112年的诺贝尔奖生理学或医学奖把目光转向了关于“细胞内物质运输机制”的研究,来自耶鲁大学的詹姆斯·罗思曼、加州大学伯克利分校的兰迪·谢克曼和斯坦福大学的托马斯·祖德霍夫,共同获此殊荣。其中,前两位是美国科学家,另一位来自德国。

这一次,百年“诺奖”的选择理由是什么?这项研究成果是否将为人类带来改变?为此,记者采访了北京大学讲席教授饶毅、浙江大学动物科学学院院长彭金荣和浙江大学生命科学学院院长管敏鑫。

身体里的“进出口公司”

作为生命基本功能的细胞,虽然小到让你看不见,但它们可都是一座座小型的“进出口公司”,每天24小时不间断地忙碌着关于生命的许多事。

“它们一直在和蛋白质打交道,要处理胞浆内蛋白质,还要把特定蛋白质运送到细胞外、细胞膜或其他亚细胞器。”彭金荣说,此次生理学或医学奖看准的,就是这样一个把蛋白质运送到特定地点(如细胞外)的过程。

在这座进出口公司中,一个被称作“囊泡”的亚细胞器,承担了集装箱的作用,它装载着被委以重任的蛋白质—如胰岛素、消化酶、胶原蛋白等等。

“囊泡”的装载、运输并不简单,这被彭金荣形容为一个复杂而又精致的过程。“每一种由细胞分泌的蛋白质,都有它们特殊的标识—信号肽。有了这些标识,它们才会被转移到内质网的表面。”内质网是这些蛋白质“出口”漫漫征途的第一站,在这里它们被装入第一个“囊泡”,并开始第一阶段的修饰过程,由此变得更加成熟。

第二站,“囊泡”带着蛋白质来到细胞内的高尔基体,它们继续在这里修饰,并成熟。终于,能够承担不同功能的蛋白质加工完毕了,它们在“囊泡”的牵引下,通过出芽的方式,走出了细胞,走到人体内,各司其职。

在这个发现中,集装箱“囊泡”的过人之处在于,它可以自如穿梭在内质网、高尔基体和细胞膜之间。更神奇的是,它表面的膜在触碰到这些细胞器的膜之后,蛋白质才能顺利释放,有了这项特殊功能,囊泡和囊泡之间、囊泡和细胞膜之间才能在蛋白质传输的过程中,和平共处。

科学家们揭示这一运输途径的意义何在?“人体内有成千上万的蛋白质和酶需要这个运输系统,如果运输系统出现问题,这些蛋白质就不能到达正确地点发挥功能。因此,一旦细胞的这一功能丧失,生命也将终结。如果蛋白质的部分功能丧失,就会呈现出不同的疾病。”彭金荣说,比如人们熟知的颅骨畸形病,就是因为胶原蛋白无法顺利运出细胞外。

第一反应“我的上帝啊”

正如诺贝尔奖的“变幻莫测”,它的许多获奖人也都富有个性。饶毅和记者分享了一个小细节,除了兰迪·谢克曼之外的两位获奖人,都曾在研究过程中和别人闹过矛盾,可这些并不影响科学界对他们科学成就的肯定,“3位科学家是从三个不同的角度做了同一项研究,堪称异曲同工。”

兰迪·谢克曼是加州大学伯克利分校的细胞生物学家。早在1979年、1980年,他就在酵母细胞内看到了“囊泡”的机密—只有和细胞膜融合,才能释放蛋白质。他筛选酵母突变种,从而发现参与膜融合的基因。

和从遗传学角度着手这一研究的谢克曼不同,耶鲁大学细胞生物学系系主任詹姆斯·罗思曼,从生物化学角度入手进行研究。“他关注的是细胞内两种囊泡融合时,有哪些物质参与其中。”饶毅说。罗思曼是在1984年开始发表这方面的工作进展。

三位获奖人,都曾获得过有“美国的诺贝尔奖”之称的拉斯克医学奖。斯坦福大学的祖德霍夫从90年代初期着手这项研究,也开始得最晚。他关注的是囊泡在神经元细胞囊泡释放的机理。

在本届生理学或医学奖揭晓前两个半小时,诺奖评委会才投票完毕。按照惯例,得奖人将提前知晓获奖的状况,通知的方式也很原始,就是打电话。

正好在美国的管敏鑫与获奖者兰迪·谢克曼相识,他告诉记者,在生理学或医学奖宣布前一个小时,正在熟睡的谢克曼接起了电话,他的第一反应是说出了三个稀松平常的英文单字:“Oh My God!”他所在的加州大学伯克利分校的官网,也抢在美国各大媒体之前,第一时间公布了这一消息。

“范式改变”夸大其词?

生理学或医学奖揭晓时,诺奖评委会介绍称今年获奖工作发现带来“范式改变”被饶毅认为是“夸大其词”。“这项研究深化了人们对膜融合机理的分子理解,但不能称为范式改变。”他说,这是基础的研究,它与应用较远,三位科学家都未研究疾病。“但生物的很多基础研究最后也能远远地连上医学。”迄今为止,它并没有在应用领域发挥作用。

管敏鑫却有着不同的观点。在他看来,揭示“细胞内物质运输机制”的最大亮点,在于它对生物技术产业的贡献。“胰岛素等蛋白质,在生物体内的量非常有限。”它的运输机制被人类理解后,现代的生物技术产业才能将它们批量化生产。

“比如从动物体内提取的外源胰岛素,被送到酵母中,‘拷贝’出相同的运输途径,实现再生产过程,供人体使用。”在管敏鑫看来,生物体内有限的蛋白质,正是因为这一发现,实现了批量生产。“这项发现为生物技术产业带来革命性变化。”

那么,究竟这个奖特别,还是不特别?依然有待科学去求证。

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