2013諾貝爾生理學(xué)或醫(yī) 囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)

1、囊泡運(yùn)輸囊泡運(yùn)輸，是指某些分子與物質(zhì)不能直接穿過細(xì)胞膜，而是依賴圍繞在細(xì)胞膜周圍的囊 泡進(jìn)行傳遞運(yùn)輸。囊泡通過與目標(biāo)細(xì)胞膜融合，在神經(jīng)細(xì)胞指令下可精確控制荷爾蒙、生物 酶、神經(jīng)遞質(zhì)等分子傳遞的恰當(dāng)時(shí)間與位置。囊泡運(yùn)輸研究領(lǐng)域先后于1974年、1985年、 1999年和2013年收獲諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。囊泡運(yùn)輸-簡介所謂囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制，是指某些分子與物質(zhì)不能直接穿過細(xì)胞膜，而是依賴圍繞在細(xì)胞膜 周圍的囊泡進(jìn)行傳遞運(yùn)輸。囊泡通過與目標(biāo)細(xì)胞膜融合，在神經(jīng)細(xì)胞指令下可精確控制荷爾 蒙、生物酶、神經(jīng)遞質(zhì)等分子傳遞的恰當(dāng)時(shí)間與位置。例如，對控制血糖具有重要作用的胰 島素，正是借由囊泡進(jìn)行精確傳遞并最終釋

2、放在血液中。囊泡運(yùn)輸-載體生物膜構(gòu)成了細(xì)胞及細(xì)胞器之間的天然屏障，使得一些重要的生命活動(dòng)能在相對獨(dú)立的空間 內(nèi)進(jìn)行，由此產(chǎn)生了細(xì)胞之間、細(xì)胞器之間的物質(zhì)、能量和信息交換的過程。細(xì)胞內(nèi)的膜性 細(xì)胞器之間的物質(zhì)運(yùn)輸（如蛋白質(zhì)、脂類），主要是通過囊泡完成的。囊泡囊泡是由單層膜所包裹的膜性結(jié)構(gòu)，從幾十納米到數(shù)百納米不等，主要司職細(xì)胞內(nèi)不同膜性 細(xì)胞器之間的物質(zhì)運(yùn)輸，稱之為囊泡運(yùn)輸。分類細(xì)胞內(nèi)的囊泡有很多種，按結(jié)構(gòu)特征，可以分為包被囊泡和無包被囊泡兩類；按生理功能， 可分為轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡、儲(chǔ)存囊泡、分泌囊泡等。通過囊泡運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)主要有兩類：一、囊泡膜上的膜蛋白和脂類等，參與細(xì)胞器的組成與特定的細(xì)胞功能（如細(xì)胞

3、代謝和信號 轉(zhuǎn)導(dǎo)等）；二、囊泡所包裹的內(nèi)含物，如神經(jīng)遞質(zhì)、激素、各種酶和細(xì)胞因子等，這些物質(zhì)可參與蛋白 質(zhì)或脂類的降解或剪切功能等，或者分泌到細(xì)胞外，調(diào)節(jié)自身或其它細(xì)胞的功能。囊泡運(yùn)輸-工作方式囊泡運(yùn)輸既是生命活動(dòng)的基本過程，又是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，在高等真核生物中尤其 如此，涉及到許多種類的蛋白質(zhì)和調(diào)控因子。囊泡運(yùn)輸一般包括出芽、錨定和融合等過程，需要貨物分子、運(yùn)輸復(fù)合體、動(dòng)力蛋白和微管 等的參與以及多種分子的調(diào)節(jié)。細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸系統(tǒng)，就好比一個(gè)城市的交通運(yùn)輸系統(tǒng)， 各種具有動(dòng)力（即動(dòng)力蛋白）的不同車輛（即運(yùn)輸復(fù)合體）裝載著所運(yùn)輸?shù)牟煌浳铮茨遗萆?的貨物分子），按照指定的行駛路線（

4、即微管）抵達(dá)目的地后，完成貨物的卸載。一個(gè)城市的 良好交通運(yùn)輸狀況，需要精細(xì)的交通控制（即調(diào)節(jié)分子）。如果控制得不好，某些地方就會(huì)出 現(xiàn)交通擁堵，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)城市的交通都會(huì)癱瘓。當(dāng)類似情況出現(xiàn)在我們的細(xì)胞內(nèi)時(shí)，這些細(xì) 胞就無法實(shí)現(xiàn)正常功能，甚至?xí)蚨劳?。囊泡運(yùn)輸是所有細(xì)胞都具有的物質(zhì)運(yùn)輸方式，神經(jīng)細(xì)胞在囊泡運(yùn)輸研究中最具代表性，主要 是因?yàn)樯窠?jīng)細(xì)胞內(nèi)存在著一種特殊類型的囊泡（突觸囊泡），它參與了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。囊泡運(yùn)輸-未解之謎現(xiàn)有的研究表明，細(xì)胞內(nèi)可能存在精確調(diào)控貨物分選與運(yùn)送的一套指令，由貨物分子、運(yùn)輸 復(fù)合體、動(dòng)力蛋白、運(yùn)輸軌道及相關(guān)調(diào)節(jié)因子共同組成，稱之為“運(yùn)輸密碼”。解碼這套指 令，

5、對于理解細(xì)胞功能和生命活力至關(guān)重要。這有賴于多學(xué)科交叉（如物理、化學(xué)、生物等） 和新技術(shù)發(fā)展（如新一代顯微成像技術(shù)），以實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸過程的實(shí)時(shí)和長時(shí)程監(jiān) 控。在傳統(tǒng)細(xì)胞生物學(xué)中，對各種細(xì)胞器的描述往往以靜態(tài)結(jié)構(gòu)為主。隨著近年來活細(xì)胞成像、 超高分辨顯微成像等技術(shù)的發(fā)展，人們對細(xì)胞器的認(rèn)識已上升到動(dòng)態(tài)的層面，即各種類型的 細(xì)胞器雖然分別局限在特定分區(qū)內(nèi)完成細(xì)胞的某些生理功能，但細(xì)胞器之間也在發(fā)生不斷的 物質(zhì)交換，以保障細(xì)胞器的穩(wěn)態(tài)和發(fā)揮其正常功能。由此，細(xì)胞生物學(xué)家所面臨的基本科學(xué) 問題就是：細(xì)胞內(nèi)經(jīng)囊泡運(yùn)輸?shù)某汕先f種貨物，究竟是是怎樣被標(biāo)記和識別，再精確地運(yùn) 送到特定的地點(diǎn)并卸載的

6、呢？（也即囊泡運(yùn)輸過程是如何被精細(xì)地調(diào)控而有條不紊地進(jìn)行 的）。另外，一旦這個(gè)運(yùn)輸過程發(fā)生紊亂，對細(xì)胞又將產(chǎn)生什么樣的后果？囊泡運(yùn)輸-意義對細(xì)胞內(nèi)囊泡運(yùn)輸機(jī)制的闡明，是理解細(xì)胞功能的基礎(chǔ)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將促使人們更加以動(dòng)態(tài)的 觀點(diǎn)去認(rèn)識細(xì)胞及其功能?！吧谟谶\(yùn)動(dòng)”，沒有囊泡運(yùn)輸，就沒有細(xì)胞的活力，也就沒 有生命力。一個(gè)城市如果缺乏交通運(yùn)輸系統(tǒng)，就是一座死城；一個(gè)細(xì)胞如果缺乏囊泡運(yùn)輸系統(tǒng)，也只不 過是一個(gè)“死”細(xì)胞了，這就是我們通常在圖片上看到的靜態(tài)細(xì)胞。科學(xué)家在已經(jīng)解碼DNA 密碼的基礎(chǔ)上，發(fā)展出蛋白質(zhì)組學(xué)、表觀遺傳組學(xué)等技術(shù)手段，對于基因組所編碼的全套蛋 白質(zhì)的功能及其相互作用和調(diào)控規(guī)律有了更進(jìn)

7、一步的認(rèn)識，從而構(gòu)筑了蛋白質(zhì)的工作網(wǎng)絡(luò)。 在此基礎(chǔ)上，需要在細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化這一更高的層面上來解析它們的工作方式，重點(diǎn)是解讀 囊泡運(yùn)輸?shù)拿艽a，這樣才能更好地理解生命力的本質(zhì)。囊泡運(yùn)輸參與細(xì)胞多項(xiàng)重要的生命活動(dòng)，如神經(jīng)遞質(zhì)的釋放及信息傳遞、激素分泌、天然免 疫等，其運(yùn)輸障礙會(huì)導(dǎo)致多種細(xì)胞器發(fā)生缺陷和細(xì)胞功能紊亂，并與許多重大疾病（如神經(jīng) 退行性疾病、精神分裂癥、糖尿病等代謝性疾病、感染與免疫缺陷、腫瘤等的發(fā)生發(fā)展）密 切相關(guān)。研究細(xì)胞的囊泡運(yùn)輸，不僅會(huì)對細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)理論研究產(chǎn)生積極的推進(jìn)作用，也將揭示 一些影響人類健康的重大疾病機(jī)理，為其治療提供新的策略或靶點(diǎn)，對人類健康產(chǎn)生重要和 積極的影響

8、。囊泡運(yùn)輸-盛產(chǎn)諾貝爾獎(jiǎng)“囊泡運(yùn)輸”研究領(lǐng)域已經(jīng)收獲了 4次諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)(1974年、1985年、1999年和2 013年，每隔10來年就獲獎(jiǎng)一次)，但目前人們對細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜而精細(xì)的交通運(yùn)輸系統(tǒng)的認(rèn)識， 仍然是初步的和框架性的，關(guān)于囊泡運(yùn)輸?shù)母?xì)的調(diào)控機(jī)制，尚有待于進(jìn)一步闡明。生物 學(xué)家所面臨的一個(gè)基本命題，仍然是細(xì)胞內(nèi)高負(fù)荷的物質(zhì)運(yùn)輸，如何保證其有條不紊、忙而 不亂。其中，對于所運(yùn)送貨物的精確識別、定向運(yùn)輸以及目的地卸載，是囊泡運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵環(huán) 節(jié)。囊泡運(yùn)輸引起科學(xué)家的關(guān)注，主要開始于20世紀(jì)60年代，喬治帕拉德(George Palade) 等發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分泌的蛋白需要先進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，再到高

9、爾基體，然后分泌到胞外。這個(gè)細(xì)胞分 泌途徑的重大發(fā)現(xiàn)，使他獲得了 1974年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。盡管如此，這個(gè)分泌途徑 的細(xì)節(jié)并不清楚。1975年甘特爾布洛貝爾(Gun ter Blobe l)進(jìn)一步提出了分泌蛋白進(jìn)入內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)的信號肽學(xué)說，并因此獲得了 1999年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。2013年10月7日，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉，該獎(jiǎng)授予了發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞囊泡運(yùn)輸調(diào)控機(jī)制 的三位科學(xué)家，分別是美國耶魯大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)系主任詹姆斯羅斯曼(James E. Ro thman)、 美國加州大學(xué)伯克利分校分子與細(xì)胞生物學(xué)系教授蘭迪謝克曼(Randy W. Schekman)以及 美國斯坦福大學(xué)分子與細(xì)胞生

10、理學(xué)教授托馬斯聚德霍夫(Thomas C. Sudhof)。2013 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)公布，表彰囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)領(lǐng)域研究者Calo 2013-10-07 18:00今天，2013年諾貝爾獎(jiǎng)揭開帷幕。作為第一項(xiàng)被公布的獎(jiǎng)項(xiàng)，2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué) 獎(jiǎng)被授予美國科學(xué)家詹姆斯羅斯曼(James E. Rothman)、蘭迪謝克曼(Randy W. Schekman) 以及德國科學(xué)家托馬斯聚德霍夫(Thomas C. Sudhof)，以表彰他們發(fā)現(xiàn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控機(jī) 制。謝克曼發(fā)現(xiàn)了能控制細(xì)胞傳輸系統(tǒng)不同方面的三類基因，從基因?qū)用嫔蠟榱私饧?xì)胞中囊泡運(yùn) 輸?shù)膰?yán)格管理機(jī)制提供了新線索；羅思曼20世紀(jì)90年

11、代發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)復(fù)合物，可令囊 泡基座與其目標(biāo)細(xì)胞膜融合；基于前兩位美國科學(xué)家的研究，祖德霍夫發(fā)現(xiàn)并解釋了囊泡如何在指令下精確地釋放出內(nèi)部物質(zhì)。羅斯曼、謝克曼和聚德霍夫的研究成果示意圖。囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)是細(xì)胞中一個(gè)至關(guān)重要的過程。我們的細(xì)胞猶如工廠般對各種各樣的分子進(jìn)行生產(chǎn) 加工和運(yùn)輸：胰島素被合成并釋放到血液中、神經(jīng)遞質(zhì)從一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞發(fā)送到另一個(gè)神經(jīng)細(xì) 胞這些過程都離不開囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。這些分子被包裝在囊泡中，再運(yùn)輸?shù)街車募?xì)胞。 囊泡運(yùn)輸有著非常深遠(yuǎn)的演化起源。從酵母到人，不同的生物利用相同的核心機(jī)制進(jìn)行囊泡 轉(zhuǎn)運(yùn)和膜融合。這個(gè)系統(tǒng)對多種生理過程而言都至關(guān)重要，一旦囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)不能正常工作， 細(xì)胞

12、會(huì)陷入一片混亂。在糖尿病以及一系列神經(jīng)和免疫疾病等疾病中，囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)都會(huì)由于受 到干擾而對患者的健康造成危害。羅斯曼、謝克曼和聚德霍夫三人共同揭示了控制細(xì)胞貨物進(jìn)行精確轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制。其中， 蘭迪謝克曼發(fā)現(xiàn)了一系列囊泡運(yùn)輸所需的基因；詹姆斯羅斯曼闡明了允許囊泡與目標(biāo)進(jìn) 行融合、使分子得以轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)機(jī)制；托馬斯聚德霍夫則揭示了指導(dǎo)囊泡精確釋放貨物 的信號機(jī)制。他們的發(fā)現(xiàn)，幫助人們更好地理解細(xì)胞貨物如何在正確的時(shí)間被運(yùn)送到正確的 目的地。詹姆斯羅斯曼于1950年出生在美國馬薩諸塞州的哈佛希爾。1976年，他從哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué) 院獲得博士學(xué)位，隨后在麻省理工進(jìn)行博士后工作。 1978 年，羅斯曼前往斯坦

13、福大學(xué)，開 始研究細(xì)胞囊泡。羅斯曼還曾在普林斯頓大學(xué)，紀(jì)念斯隆-凱特林癌癥研究所和哥倫比亞大 學(xué)工作。 2008 年，他開始在康涅狄格州紐黑文的耶魯大學(xué)任職，目前是細(xì)胞生物學(xué)系的教 授兼系主任。蘭迪謝克曼于1948年出生在美國明尼蘇達(dá)州的圣保羅。謝克曼先后就讀于加州大學(xué)洛杉 磯分校和斯坦福大學(xué)。1974年，在導(dǎo)師阿瑟科恩伯格（1959年諾貝爾獎(jiǎng)得主）謝克曼獲 得了博士學(xué)位。 1976 年，謝克曼開始在加州大學(xué)伯克利分校任教，現(xiàn)在他已經(jīng)是分子和細(xì) 胞生物學(xué)系的教授了。同時(shí)，謝克曼也是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）的一名研究者。托馬斯聚德霍夫。圖片來源：neuroscience.stanford

14、.edu托馬斯聚德霍夫于1955年出生在德國的哥廷根。聚德霍夫曾就讀于喬治-奧古斯特大學(xué)， 并在1982年獲得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位（M.D.）,同年又獲得神經(jīng)化學(xué)博士學(xué)位。1983年，聚德霍 夫前往美國達(dá)拉斯，在德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心進(jìn)行博士后工作，期間與邁克布朗和約 瑟夫戈德斯坦（1985年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主）共事。1991年，聚德霍夫成為霍華 德休斯研究所的一名研究員。自2008年起，聚德霍夫開始在斯坦福大學(xué)擔(dān)任分子和細(xì)胞 生理學(xué)教授。2013諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予3名美德科學(xué)家2013年10月07日17:36新浪科技微博我有話說（5,248人參與）屠姆斯-E爭前晝?nèi)蠝Y克曼履馬斯一蘇德

15、霍夬2013諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主生物體內(nèi)細(xì)胞的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有賴于 讓合適的分子在合適的時(shí)間抵達(dá)合適的位置。一部分分子，如胰島素，需要被轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞之外，而其他分 子則需要被在細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)輸。細(xì)胞內(nèi)部產(chǎn)生的分子被包裹于囊泡之中（圖中藍(lán)色表示），但是這些囊泡 具體是如何達(dá)成這種精準(zhǔn)的運(yùn)輸?shù)模窟@一點(diǎn)一直沒有被理解。NormalM u ta nt發(fā)現(xiàn)基因控制下的蛋白質(zhì)在這種囊泡運(yùn)輸機(jī)制中起到重要作用。正如這里的圖上所展示的那樣，通過對比 正常酵母菌細(xì)胞（左）和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制缺陷的細(xì)胞（右）他成功識別出操控這一轉(zhuǎn)運(yùn)過程的基因。Ran dy W. Schekman現(xiàn)一種蛋白質(zhì)化合物（圖中橘色表示）可以讓囊泡實(shí)現(xiàn)

16、與目標(biāo)細(xì)胞膜的融合。囊泡上的蛋白質(zhì)物質(zhì)會(huì)與目 標(biāo)細(xì)胞膜上的特定蛋白質(zhì)之間發(fā)生結(jié)合，從而讓囊泡可以在正確的位置上釋放其所運(yùn)載的特殊分子貨物。Thomas C. Sudhof 研究了大腦中神經(jīng)細(xì)胞之間是如何互相傳遞信號的，以及鈣離子在這一過程中所起的作用。他識別出一種分 子機(jī)制（圖中用紫色表示），其可以對進(jìn)入的鈣離子發(fā)生反應(yīng)并觸發(fā)囊泡融合，從而解釋了囊泡輸運(yùn)機(jī)制中 時(shí)間的精確性是如何達(dá)成的，以及其所攜帶的信號分子物質(zhì)是如何能做到受控釋放。新浪科技訊 北京時(shí)間10月7日消息，據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)官方網(wǎng)站報(bào)道，2013諾貝爾生理學(xué) 或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)今日公布,得主為 James E. Rothman, Randy W.

17、Schekman & Thomas C. Sudhof 得獎(jiǎng)原因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)制之謎。生物體內(nèi)每一個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)生產(chǎn)和輸出分子的工廠。比如，胰島素在這里被制造出來 并釋放進(jìn)入血液當(dāng)中，神經(jīng)傳遞素從一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞傳導(dǎo)至另一個(gè)細(xì)胞。這些分子在細(xì)胞內(nèi)都 是以小包的形式傳遞的，這就是細(xì)胞囊泡。這三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這些“小包是如何 被在正確的時(shí)間輸運(yùn)至正確地點(diǎn)的分子機(jī)制。Randy Schekman發(fā)現(xiàn)了一系列與細(xì)胞囊泡輸運(yùn)機(jī)制有關(guān)的基因；James Rothman發(fā) 現(xiàn)了讓這些囊泡得以與其目標(biāo)相融合的蛋白質(zhì)機(jī)制，從而可以實(shí)現(xiàn)對所運(yùn)貨物的傳遞； Thomas Sudhof則揭示了信號是如何實(shí)

18、現(xiàn)對囊泡的控制，使其得以精確分配其所載貨物。在這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)過程中，三位科學(xué)家：Rothman, Schekman和Sudhof揭示了細(xì)胞內(nèi)輸運(yùn) 體系的精細(xì)結(jié)構(gòu)和控制機(jī)制。這一系統(tǒng)的失穩(wěn)將導(dǎo)致有害結(jié)果，如神經(jīng)系統(tǒng)疾病，糖尿病或 免疫系統(tǒng)紊亂。細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)輸運(yùn)是如何實(shí)現(xiàn)的？正如在一個(gè)繁忙的大型港口，你必須要有一套體系來確保你的貨物會(huì)在規(guī)定的時(shí)間被配 送到規(guī)定的位置，細(xì)胞也是一樣。細(xì)胞內(nèi)有各種復(fù)雜的細(xì)胞器，它們面臨的問題是相似的: 細(xì)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(xì)胞活素以及酶，它們必須被傳遞 至細(xì)胞內(nèi)不同的位置上，或者需要被精確地在正確的時(shí)間轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外部。在這一過程中, 時(shí)間和地點(diǎn)的

19、正確是最關(guān)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(fù)責(zé)在各細(xì)胞器之間運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)部的貨物，或是通過與細(xì)胞膜的融合從而 向細(xì)胞外部釋放細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的物質(zhì)。這一機(jī)制至關(guān)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(yīng)的觸發(fā)開關(guān)；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(yùn)輸?shù)臅r(shí)間和地點(diǎn)正確性的呢？交通堵塞背后的基因控制機(jī)制早在上世紀(jì)的1970年代，Randy Schekman便被細(xì)胞如何調(diào)節(jié)其內(nèi)部輸運(yùn)機(jī)制深深吸 引并投身此項(xiàng)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(jī)制。在基因篩選 中，他找到一些顯示出

20、輸運(yùn)機(jī)制缺陷的酵母菌細(xì)胞，其表現(xiàn)就像是一個(gè)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(xì)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)用娴模?jù)此順藤摸瓜找到了其背后的基因機(jī)制。他找到了3組不 同的基因?qū)@一細(xì)胞運(yùn)輸機(jī)制產(chǎn)生作用，從而改變并大大加深了我們對細(xì)胞如何規(guī)范其內(nèi)部 輸運(yùn)系統(tǒng)的認(rèn)識。精確對接James Rothman同樣對細(xì)胞輸運(yùn)機(jī)制感到好奇。在上世界8090年代期間，Rothman 正開展對哺乳動(dòng)物細(xì)胞囊泡輸運(yùn)機(jī)制的研究，他發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)可以讓囊泡實(shí)現(xiàn)與其目標(biāo)細(xì) 胞膜的對接和融合。在融合過程中，囊泡上的蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)相互結(jié)合，就像分 開的拉鏈相互

21、咬合一樣。這類蛋白質(zhì)有很多種，并且只有當(dāng)合適的配對出現(xiàn)時(shí)才會(huì)發(fā)生融合, 這就確保了貨物只會(huì)被運(yùn)輸?shù)皆O(shè)定的位置上而不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。這一機(jī)制不管是在內(nèi)部細(xì)胞 器之間的運(yùn)輸，還是向外的運(yùn)輸過程中都會(huì)起作用。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，Schekman在酵母菌細(xì)胞內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的部分基因正是產(chǎn)生Rothman在 哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)的背后機(jī)制，這揭示了一項(xiàng)細(xì)胞輸運(yùn)體系內(nèi)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(xì)胞輸運(yùn)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。時(shí)間就是一切Thomas Sudhof對大腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)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)被稱為神經(jīng)傳遞素，這種特殊分子正是由囊泡負(fù)責(zé)運(yùn)輸至神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞膜上并

22、借助融 合機(jī)制向外釋放的。這正是Rothman和Schekman所發(fā)現(xiàn)的機(jī)制。然而這些囊泡只有在其 所在的神經(jīng)細(xì)胞向其鄰居發(fā)送信號之后才會(huì)被允許釋放它們運(yùn)載的貨物。這種精確的時(shí) 機(jī)把握究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？科學(xué)家們此前便已經(jīng)知道鈣離子參與了這一過程，在上世紀(jì)90年代，Sudhof便開始在 神經(jīng)細(xì)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(jī)制，其會(huì)對注入的鈣離子 做出反應(yīng)，并控制鄰近的蛋白質(zhì)迅速讓囊泡與神經(jīng)細(xì)胞的外部細(xì)胞膜相結(jié)合。于是拉鏈” 打開了，信號物質(zhì)被釋放出去。Sudhof的發(fā)現(xiàn)解釋了這種細(xì)胞傳輸?shù)臅r(shí)間精確性是如何實(shí) 現(xiàn)的，以及囊泡中的物質(zhì)是如何實(shí)現(xiàn)受控地釋放。囊泡輸運(yùn)機(jī)制與疾病過程今年的3位諾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞生理學(xué)過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵過程。他們的工作揭示 了細(xì)胞內(nèi)部和外部的輸運(yùn)體系是如何達(dá)成時(shí)間與位置上的精確性的。在細(xì)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(yùn)以及細(xì)胞膜融合機(jī)制都遵循 相同的基本原理。這一體系對