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    根據諾貝爾獎委員會(huì )網(wǎng)站消息，2013諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎?dòng)诒本r(shí)間7日17時(shí)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(xué)或醫學(xué)獎（The 2013 Nobel Prize in Physiology or Medicine）。

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

    細胞膜運轉領(lǐng)域三位科學(xué)家分享2013年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎

    總結

    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)谋环Q(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 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(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。

    細胞內物質(zhì)輸運是如何實(shí)現的？

    正如在一個(gè)繁忙的大型港口，你必須要有一套體系來(lái)確保你的貨物會(huì )在規定的時(shí)間被配送到規定的位置，細胞也是一樣。細胞內有各種復雜的細胞器，它們面臨的問(wèn)題是相似的：細胞會(huì )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不同的位置上，或者需要被精確地在正確的時(shí)間轉運至細胞外部。在這一過(guò)程中，時(shí)間和地點(diǎn)的正確是最關(guān)鍵的。這就要依賴(lài)于囊泡的作用，這是一些微小的小泡結構，外部有膜包裹，它們負責在各細胞器之間運輸細胞內部的“貨物”,或是通過(guò)與細胞膜的融合從而向細胞外部釋放細胞內產(chǎn)生的物質(zhì)。這一機制至關(guān)重要，如它控制著(zhù)神經(jīng)傳遞素的傳遞，后者是激發(fā)生物體神經(jīng)系統反應的觸發(fā)開(kāi)關(guān)；又或者在新陳代謝方面，它控制著(zhù)荷爾蒙的分配傳遞。那么這些囊泡結構究竟是如何能確保運輸的時(shí)間和地點(diǎn)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便被細胞如何調節其內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(lái)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，其表現就像是一個(gè)缺乏指揮協(xié)調而一片混亂的公共交通系統，其內部囊泡堆積在細胞內的部分區域。他發(fā)現造成這種囊泡發(fā)生“交通堵塞”的原因是基因層面的，并據此順藤摸瓜找到了其背后的基因機制。他找到了3組不同的基因對這一細胞運輸機制產(chǎn)生作用，從而改變并大大加深了我們對細胞如何規范其內部輸運系統的認識。

    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(kāi)展對哺乳動(dòng)物細胞囊泡輸運機制的研究，他發(fā)現一種蛋白質(zhì)可以讓囊泡實(shí)現與其目標細胞膜的對接和融合。在融合過(guò)程中，囊泡上的蛋白質(zhì)和細胞膜上的蛋白質(zhì)相互結合，就像分開(kāi)的拉鏈相互咬合一樣。這類(lèi)蛋白質(zhì)有很多種，并且只有當合適的配對出現時(shí)才會(huì )發(fā)生融合，這就確保了“貨物”只會(huì )被運輸到設定的位置上而不會(huì )出現錯誤。這一機制不管是在內部細胞器之間的運輸，還是向外的運輸過(guò)程中都會(huì )起作用。

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

    時(shí)間就是一切

    Thomas Südhof對大腦內神經(jīng)細胞是如何相互之間進(jìn)行溝通感興趣。這種傳遞信息的物質(zhì)被稱(chēng)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(huì )被允許釋放它們運載的“貨物”.這種精確的時(shí)機把握究竟是如何實(shí)現的？

    科學(xué)家們此前便已經(jīng)知道鈣離子參與了這一過(guò)程，在上世紀90年代，Südhof便開(kāi)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(huì )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合。于是“拉鏈”打開(kāi)了，信號物質(zhì)被釋放出去。Südhof的發(fā)現解釋了這種細胞傳輸的時(shí)間精確性是如何實(shí)現的，以及囊泡中的物質(zhì)是如何實(shí)現受控地釋放。

    囊泡輸運機制與疾病過(guò)程

    今年的3位諾獎獲獎科學(xué)家發(fā)現了細胞生理學(xué)過(guò)程中的一項關(guān)鍵過(guò)程。他們的工作揭示了細胞內部和外部的輸運體系是如何達成時(shí)間與位置上的精確性的。在細胞中，不管是酵母菌還是人類(lèi)，不管高等生物還是低等生物，它們體內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(guò)程而言都至關(guān)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(shí)，細胞內的囊泡輸運機制會(huì )出現問(wèn)題，這當中包括一些神經(jīng)系統和免疫系統疾病。離開(kāi)這一堪稱(chēng)完美的控制機制，細胞將陷于混亂。
 

    獲獎?wù)吆?jiǎn)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(xué)醫學(xué)院獲得博士學(xué)位，隨后在麻省理工學(xué)院做博士后研究工作。1978年Rothman前往加州的斯坦福大學(xué)，并在那里開(kāi)始進(jìn)行針對細胞囊泡的研究工作。Rothman還曾經(jīng)在普林斯頓大學(xué)以及紀念斯隆-凱特林癌癥研究所和哥倫比亞大學(xué)工作過(guò)。2008年，他開(kāi)始在耶魯大學(xué)任職，目前是耶魯大學(xué)細胞生物學(xué)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(xué)洛杉磯分校以及斯坦福大學(xué)求學(xué)，并于1974年獲得博士學(xué)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(xué)伯克利分校任職，目前他仍然是該校分子與細胞生物學(xué)系教授。同時(shí)Schekman也是霍華德休斯醫學(xué)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(xué)求學(xué)并于1982年獲得碩士學(xué)位，同年獲得該校神經(jīng)化學(xué)博士學(xué)位。1983年他前往美國達拉斯的德州大學(xué)西南醫學(xué)研究中心開(kāi)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(xué)與醫學(xué)獎得主。Südhof在1991年成為霍華德休斯醫學(xué)研究所研究員，并在2008年開(kāi)始擔任斯坦福大學(xué)分子與細胞生理學(xué)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學(xué)獎。湯森路透“引文桂冠”以及拉斯克基礎醫學(xué)獎是公認的諾獎風(fēng)向標，今年再次驗證！