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2013诺贝尔生理学或医学奖:发现细胞的囊泡运输调控机制

文章来源:365bet体育官网原创编辑:周勇 发布时间:2013年12月09日 点击数: 字体:

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The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2013Discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells
       提出问题:细胞内物质输运是如何实现的?

   生物体内细胞的正常运转有赖于让合适的分子365bet体育官网在合适的时间抵达合适的位置。一部分分子,如胰岛素,需要被转运出细胞之外,进入血液当中;而其他分子则需要被在细胞内部进行运输。细胞内部产生的分子被包裹于囊泡之中,但是这些囊泡究竟是如何能确保运输的时间和地点正确性的呢?

    这一直是谜!  

1“交通堵塞背后的基因控制机制”

     ——Randy Schekman发现了一系列与细胞囊泡输运机制有关的基因;

   365bet体育官网在上世纪的1970年代,Randy W. 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(对比左边的正常酵母菌),他找到一些显示出输运机制缺365bet体育官网陷的酵母菌细胞(),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大家对细胞如何规范其内部输运系统的认识。

 

2、 “精确对接”——James Rothman发现了让这些囊泡得以与其目标相融合的蛋白质机制,从而可以实现对所运货物的传递;  

365bet体育官网样,James Rothman对细胞输运机制也感到好奇。在上世界80~90年代期间,365bet体育官网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。365bet体育官网

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。

 

3时间就是一切”——Thomas Südhof则揭示了信号是如何实现对囊泡的控制,使其得以精确分配其所载货物

 

 

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Thomas C. Südhof研究了大脑中神经细胞之间是如何互相传递信号的,以及钙离子在这一过程中所起的作用。他识别出一种分子机制,其可以对进入的钙离子发生反应并触发囊泡融合,从而说明了囊泡输运机制中时间的精确性是如何达成的,以及其所携带的信号分子物质是如何能做到受控释放。365bet体育官网

   Thomas Südhof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递质,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 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参与了这一过程,在上世纪90年代,Südhof便开始在神经细胞中寻找对钙离子敏感的蛋白质。最终他识别出一种分子机制,其会对注入的钙离子做出反应,并控制邻近的蛋白质迅速让囊泡与神经细胞的外部细胞膜相结合。于是拉链打开了,信号物质被释放出去。Südhof的发现说明了这种细胞传输的时间精确性是如何实现的,以及囊泡中的物质是如何实现受控地释放。

      囊泡输运机制与疾病过程

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。从大脑信号的传递,到激素的释放,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疾病糖尿病免疫系统疾病。365bet体育官网

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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这一堪称完美的控制机制,细胞将陷于混乱。

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