2013诺奖解释细胞组织转运系统的奥秘

  每个细胞都是一个生产和出口分子的工厂：胰岛素被合成并释放到血液中、神经递质从一个神经细胞发送到另一个。这些分子被包装在“囊泡”中，再运输到周围的细胞。

  这三名诺贝尔奖得主发现了这种运输系统背后的分子机制，揭示了这些细胞货物如何在正确的时间被运送到正确的细胞靶点。
  兰迪·谢克曼发现了一系列囊泡运输所需的基因；詹姆斯·罗斯曼阐明了允许囊泡与目标进行融合、使分子得以转运的蛋白质机制。托马斯·聚德霍夫则揭示了指导囊泡精确释放货物的信号机制。
  鉴于以上发现，罗斯曼、谢克曼和聚德霍夫揭示了控制细胞货物进行精确转运分子机制。如果转运系统受到干扰，则会对有机体产生有害影响，并导致如神经系统疾病，糖尿病，免疫疾病等病症。
  细胞货物如何转运？
  在繁忙的大港口，为了确保正确的货物在合适的时间被运送到正确的目的地，需要动用多个系统。同理，有着多个不同的细胞器的细胞也面临着类似的问题：细胞产生的分子，如激素，神经递质，细胞因子和酶等，有些要被传递到细胞内的其他地方，有些要被转运出细胞——所有细胞货物都要在正确的时刻被转运到正确的地点。
  囊泡（Vesicles）是由膜包裹的微型小泡，能够带着细胞货物穿梭于细胞器间，也能够与细胞膜融合，将货物释放到细胞外部。由于神经激活过程中神经递质的释放、代谢调节过程中激素的释放都涉及这种转运，囊泡转运系统是非常重要的。那么，这些囊泡怎么知道何时在哪里交付货物？
  从“堵车”现象中揭秘遗传控制
  兰迪·谢克曼为细胞如何组织其转运系统而深深着迷。在20世纪70年代，他决定利用酵母作为模式生物，研究这种转运系统遗传基础。通过基因筛选，他发现了细胞转运机制有缺陷的酵母细胞，这种酵母的细胞货物转运情况就好像安排不周的公共交通系统一样：囊泡堆积在细胞的某些部位。他发现，是遗传原因导致了这种“拥堵”，于是致力于鉴别与此相关的突变基因。谢克曼鉴定了能控制细胞转运系统不同方面的三类基因，从而为介导囊泡转运系统的严格调控机制提供了新的见解。
  精确对接
  詹姆斯·罗斯曼也对细胞转运系统的本质深感好奇。他在20世纪80年代和90年代利用哺乳动物细胞研究囊泡转运系统。罗斯曼发现一个蛋白复合物能使囊泡与他们的目标膜进行对接和融合。在融合过程中，囊泡和目标膜上的蛋白以类似拉链的方式结合。事实上，这样的蛋白有很多，为了确保货物被交付到一个精确的位置，它们只会以特异性的方式进行结合。囊泡结合细胞外膜释放细胞货物的原理与在细胞内进行转运的原理是相同的。
  原来，谢克曼鉴别的那些酵母基因中，有一部分基因的蛋白产物是与罗斯曼在在哺乳动物中发现的蛋白相对应的，这揭示了细胞转运系统古老的演化起源。总的来说，他们揭示了细胞货物转运机制的关键部件。
  时间就是一切
  托马斯·聚德霍夫则对大脑中神经细胞间如何建立沟通很感兴趣。囊泡通过与神经细胞外膜融合将神经递质释放到胞外。这一过程中起作用的正是罗斯曼和谢克曼发现的机制。然而，这些囊泡只有在需要向相邻的神经细胞发送神经信号时才能将包含的神经递质放出，怎么对这个过程进行精确控制？钙离子参与了这一过程。在20世纪90年代，聚德霍夫致力于搜索神经细胞中的钙离子敏感蛋白。他随后揭示了对钙离子内流进行应答、并促使相邻蛋白质迅速将囊泡结合到神经细胞外膜的分子机制——拉链被打开、信号物质被释放。聚德霍夫的发现解释了囊泡转运的时间精度是如何实现的，并阐释了和囊泡中货物的释放可以通过信号加以控制。。
  从囊泡转运洞察疾病进程
  三名诺贝尔奖得主发现了一个细胞生理学中一个至关重要的过程。这些发现使我们对细胞货物如何及时、精确地在细胞内和细胞间进行转运的理解产生了重大影响。从酵母到人，不同的生物利用相同的一般机制进行囊泡转运和膜融合。这个系统对多种需要对膜融合加以控制的生理过程而言都至关重要，从神经信号的传达到激素和免疫细胞因子的分泌。在包括一系列神经和免疫学疾病、糖尿病等疾病中，患者的囊泡转运都出现缺陷。如果没有这个精确而奇妙的组织，细胞会陷入一片混乱。
  詹姆斯·罗斯曼于1950年出生在美国马萨诸塞州的哈佛希尔，1976年，他从哈佛大学医学院获得博士学位，之后在麻省理工担任博士后，并于1978年前往斯坦福大学，开始研究细胞囊泡。他也曾为普林斯顿大学、斯隆-凯特琳癌症研究所和哥伦比亚大学工作。2008年，他开始在康涅狄格州纽黑文的耶鲁大学细胞生物学系担任教授与系主任。
  兰迪·谢克曼于1948年出生在美国明尼苏达州的圣保罗，并在加州大学和斯坦福大学学习，之后，他在阿瑟·科恩伯格（1959年诺贝尔奖得主）的指导下于1974年获得博士学位。1976年，谢克曼加入加州大学伯克利分校，他现在在这里的分子和细胞生物学系任教授。谢克曼也是霍华德·休斯医学研究所的研究员。

  托马斯·聚德霍夫于1955年出生在德国的哥廷根。曾就读于乔治-奥古斯特大学。并于1982年，在那里获得了医学博士学位（MD），并于同年获得神经化学博士学位。1983年，他前往美国达拉斯的德克萨斯大学西南医学中心担任博士后研究工作，与迈克·布朗和约瑟夫·戈德斯坦（1985年诺贝尔生理学或医学奖得主）共事，之后，到了1991年，聚德霍夫成为霍华德·休斯研究所的一名研究员，从2008年起，他开始担任斯坦福大学分子和细胞生理学教授。（转化医学网360zhyx.com）

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