2013年诺贝尔生理学或医学奖

1、2013年诺贝尔生理学或医学奖简介2013年10月7日，诺贝尔生理学或医学奖揭晓，该奖授予了发现了细胞囊泡运输调控机制的三位科学家，分别是美国耶鲁大学细胞生物学系主任詹姆斯罗斯曼(James E. Rothman)、美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系教授兰迪谢克曼(Randy W. Schekman)以及美国斯坦福大学分子与细胞生理学教授托马斯聚德霍夫(Thomas C. Sdhof)。詹姆斯E罗斯曼（James E. Rothman）罗斯曼教授1950年出生于美国马萨诸塞州。1976年哈佛医学院博士学位，麻省理工学院博士后，1978年于加州斯坦福大学,在那里开始从事细胞 囊泡的研究。R

2、othman先后在普林斯顿大学、纪念斯隆-凯特琳癌症研究所和哥伦比亚大学工作。2008年，开始在美国康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学任教 授,目前他担任细胞生物学系主席教授。他曾获得多种荣誉，包括哥伦比亚大学的露依莎格罗斯霍维茨奖、拉斯克奖基础医学奖（2002年）、费萨尔国王奖。兰迪谢克曼（Randy W. Schekman）谢克曼教授1948年出生于美国明尼苏达州圣保罗，先后就读于加州大学洛杉矶分校和斯坦福大学，1974年在在那里他获得了博士学位。导师是著名的 阿瑟科恩伯格教授(诺贝尔奖1959)，此后几年他和詹姆斯E罗斯曼在同一单位工作。1976年，谢克曼任职于加利福尼亚大学伯克利分校，目前他是

3、 该大学分子和细胞生物学系教授，并兼任霍华德休斯医学研究所研究员。曾任美国国家科学院院刊主编。1992年当选美国国家科学院院士。2002年与 詹姆斯罗思曼因对细胞膜传输的研究获拉斯克基础医学奖。托马斯聚德霍夫托马斯聚德霍夫（Thomas C. Sdhof，1955年12月22日生于德国哥廷根），德国生物化学家，以研究突触传递知名。自1986年以来聚德霍夫博士的研究已经阐明了许多主要的蛋白介导突触前功能。2013年，他和理查德舍勒分享了拉斯克基础医学奖。什么是“囊泡”和“囊泡运输”？生物膜构成了细胞及细胞器之间的天然屏障，使得一些重要的生命活动能在相对独立的空间内进行，由此产生了细胞之间、细胞器

4、之间的物质、能量和信息交换的过程。细胞内的膜性细胞器之间的物质运输(如蛋白质、脂类)，主要是通过囊泡完成的。囊泡是由单层膜所包裹的膜性结构，从几十纳米到数百纳米不等，主要司职细胞内不同膜性细胞器之间的物质运输，称之为囊泡运输。细胞内的囊泡有很多种，按结构特征，可以分为包被囊泡和无包被囊泡两类；按生理功能，可分为转运囊泡、储存囊泡、分泌囊泡等。通过囊泡运输的物质主要有两类，一类是囊泡膜上的膜蛋白和脂类等，参与细胞器的组成与特定的细胞功能(如细胞代谢和信号转导等)；另一类是囊泡所包裹的内含物，如神经递质、激素、各种酶和细胞因子等，这些物质可参与蛋白质或脂类的降解或剪切功能等，或者分泌到细胞外，调节

5、自身或其它细胞的功能。囊泡运输既是生命活动的基本过程，又是一个极其复杂的动态过程，在高等真核生物中尤其如此，涉及到许多种类的蛋白质和调控因子。囊泡运输一般包括出芽、锚定和融合等过程，需要货物分子、运输复合体、动力蛋白和微管等的参与以及多种分子的调节。细胞内的囊泡运输系统，就好比一个城市的交通运输系统，各种具有动力(即动力蛋白)的不同车辆(即运输复合体)装载着所运输的不同货物(即囊泡上的货物分子)，按照指定的行驶路线(即微管)抵达目的地后，完成货物的卸载。一个城市的良好交通运输状况，需要精细的交通控制(即调节分子)。如果控制得不好，某些地方就会出现交通拥堵，严重时整个城市的交通都会瘫痪。当类似情

6、况出现在我们的细胞内时，这些细胞就无法实现正常功能，甚至会因而死亡。囊泡运输引起科学家的关注，主要开始于20世纪60年代，乔治帕拉德(George Palade)等发现，细胞分泌的蛋白需要先进入内质网，再到高尔基体，然后分泌到胞外。这个细胞分泌途径的重大发现，使他获得了1974年诺贝尔生理学或医学奖。尽管如此，这个分泌途径的细节并不清楚。1975年甘特尔布洛贝尔(Gunter Blobel)进一步提出了分泌蛋白进入内质网的信号肽学说，并因此获得了1999年诺贝尔生理学或医学奖。2013年诺贝尔生理学或医学奖解读获得2013年诺贝尔生理学和医学奖的3位科学家发现了细胞生理学过程中的一项关键过程。

7、他们的工作揭示了细胞内部和外部的输运体系是如何达成时间与位置上的精确性的。 在细胞中，不管是酵母菌还是人类，不管高等生物还是低等生物，它们体内的囊泡输运以及细胞膜融合机制都遵循相同的基本原理。这一体系对于一系列的生理过程而言都至关重要，从大脑信号的传递，到荷尔蒙的释放，再到免疫细胞活素。但当发生疾病时，细胞内的囊泡输运机制会出现问题，这当中包括一些神经系统和免疫系统疾病。离开这一堪称完美的控制机制，细胞将陷于混乱。细胞内物质输运是如何实现的？正如在一个繁忙的大型港口，你必须要有一套体系来确保你的货物会在规定的时间被配送到规定的位置，细胞也是一样。细胞内有各种复杂的细胞器，它们面临的问题是相似的

8、：细胞会产生出各种不同的分子，如荷尔蒙，神经传递素，细胞活素以及酶，它们必须被传递至细胞内不同的位置上，或者需要被精确地在正确的时间转运至细胞外部。在这一过程中，时间和地点的正确是最关键的。这就要依赖于囊泡的作用，这是一些微小的小泡结构，外部有膜包裹，它们负责在各细胞器之间运输细胞内部的“货物”，或是通过与细胞膜的融合从而向细胞外部释放细胞内产生的物质。这一机制至关重要，如它控制着神经传递素的传递，后者是激发生物体神经系统反应的触发开关；又或者在新陈代谢方面，它控制着荷尔蒙的分配传递。那么这些囊泡结构究竟是如何能确保运输的时间和地点正确性的呢？交通堵塞背后的基因控制机制早在上世纪的1970年代

9、，兰迪谢克曼（Randy Schekman）便被细胞如何调节其内部输运机制深深吸引并投身此项研究，并试图利用酵母菌作为模型样本来研究其背后的基因机制。在基因筛选中，他找到一些显示出输运机制缺陷的酵母菌细胞，其表现就像是一个缺乏指挥协调而一片混乱的公共交通系统，其内部囊泡堆积在细胞内的部分区域。他发现造成这种囊泡发生“交通堵塞”的原因是基因层面的，并据此顺藤摸瓜找到了其背后的基因机制。他找到了3组不同的基因对这一细胞运输机制产生作用，从而改变并大大加深了我们对细胞如何规范其内部输运系统的认识。精确对接詹姆斯罗斯曼（James Rothman）同样对细胞输运机制感到好奇。在上世界8090年代期间，

10、Rothman正开展对哺乳动物细胞囊泡输运机制的研究，他发现一种蛋白质可以让囊泡实现与其目标细胞膜的对接和融合。在融合过程中，囊泡上的蛋白质和细胞膜上的蛋白质相互结合，就像分开的拉链相互咬合一样。这类蛋白质有很多种，并且只有当合适的配对出现时才会发生融合，这就确保了“货物”只会被运输到设定的位置上而不会出现错误。这一机制不管是在内部细胞器之间的运输，还是向外的运输过程中都会起作用。随后的研究发现，Schekman在酵母菌细胞内所发现的部分基因正是产生Rothman在哺乳动物细胞内发现的蛋白质的背后机制，这揭示了一项细胞输运体系内古老的进化起源。至此，这两位科学家的研究工作描绘了细胞输运体系的关键环节。时间就是一切托马斯聚德霍夫（Thomas Sdhof）对大脑内神经细胞是如何相互之间进行沟通感兴趣。这种传递信息的物质被称为神经传递素，这种特殊分子正是由囊泡负责运输至神经细胞的细胞膜上并借助融合机制向外释放的。这正是Rothman 和Schekman所发现的机制。然而这些囊泡只有在其所在的神经细胞向其“邻居”发送信号之后才会被允许释放它们运载的“货物”。这种精确的时机把握究竟是如何实现的？科学家们此前便已经知道钙离子