囊泡运输的奥秘——评2013年诺贝尔生理或医学奖.doc

————————————————————————————————————————————————————— 囊泡运输的奥秘——评2013年诺贝尔生理或医学奖 2中国医药生物技术2014年2月第9卷第1期ChinMedBiotechnol,February2014,Vol.9,No.1 DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2014.01.002 ·述评· 囊泡运输的奥秘 ——评2013年诺贝尔生理或医学奖 方征宇，李刚 2013年诺贝尔生理或医学奖授予三位在研究细胞组织运输系统方面取得突出成就的科学家，他们分别是来自耶鲁大学的詹姆斯·E·罗斯曼（JamesE.Rothman）教授、加利福尼亚大学伯克利分校的兰迪·谢克曼（RandyW.Schekman）教授和斯坦福大学的托马斯·聚德霍夫（ThomasC.Südhof）教授。细胞生物学领域关于细胞的转运系统研究由来已久，这次三位科学家获得此项殊荣主要得益于他们的研究基本解释了细胞精准调控囊泡运输的机制。 人体的单个细胞都是一个小型工厂，可以制造和运输“货物”——也就是分子。例如，人胰岛细胞可以制造胰岛素并将其分泌入血；神经细胞可以制造神经递质并在不同的神经细胞中传递。这些分子无法直接被传输，而是被“打包”运输，这些“包”称之为囊泡。细胞只有进行精确的囊泡运输才能保证整个生物机体有序的运行。而三位科学家则在分子层面发现了这些囊泡如何在正确的时间传输到正确的位置。 Schekman教授的研究发现了囊泡运输所必需的一系列基因。Rothman教授的研究揭示了囊泡与靶细胞器融合传递目的分子的蛋白运行机制。Südhof教授则发现了信号系统如何精确地指导囊泡释放分子。因此，三位教授的发现综合起来较为完整地诠释了细胞通过囊泡运输和传递目的分子的调控系统。此控制系统发生紊乱时可对细胞功能产生多方面的干扰而导致多种疾病，如神经疾病、糖尿病和免疫异常等。了解此类分子的转运调控机制可有效预防和治疗相关疾病。 于是，这些分子的运输需要依赖一种叫囊泡的细胞结构将待运输的分子包裹起来，送到目的地并释放入其他细胞器或释放到细胞外。细胞与其细胞器面临着这样的问题：细胞产生的分子，如激素、神经递质、细胞因子和酶需要通过囊泡以精确的时间???地点被传递到细胞内的其他细胞器或转运到细胞外。囊泡释放和传递的时间和位置要求如此之高，细胞是如何做到的呢？我们先来了解一下囊泡。 囊泡是微型气泡状的小泡，主要为脂质双分子层结构。这些由生物膜包被的微型气泡状的小泡可在细胞器之间穿梭运输目的分子，或者与细胞外膜融合而将所包含的内容物释放到细胞外（图1）， 这种囊泡运输对是体内最重要的分子转运载体[1-2]。 我们人体来说极其重要。人的神经信号的传递就有赖于神经递质的囊泡传递。然而，这些结构相对简单的囊泡是怎么知道在什么时间和什么位置将其所携带的分子交付出去呢？本次诺奖的三位获奖者在囊泡运输和释放目的分子方面的研究为我们 解决了一系列的难题。 图1囊泡在细胞内负责运输目的分子至靶点膜 1囊泡与囊泡运输 基金项目：深圳市基础研究计划（JC201005260215A） 作者单位：518036深圳北京大学香港科技大学医学中心（方征宇）；100083北京大学医学部生物化学与分子生物学系（李刚）通讯作者：李刚，Email：ligang55@收稿日期： 2013-11-27 细胞的分子转运系统有如一个庞大而繁忙的 港口，需要确保正确的分子在合适的时间运送到正确的目的地。细胞中包括蛋白质在内的大多数分子都太大了，以致于不能直接穿过细胞中的膜结构。 中国医药生物技术2014年2月第9卷第1期ChinMedBiotechnol,February2014,Vol.9,No.13 2Schekman教授的发现揭示了调控囊泡转运的相关基因 Schekman教授长期以来对细胞如何组织其运输系统非常感兴趣。在20世纪70年代，他利用酵母作为模型系统进行细胞囊泡运输的遗传基础研究。在遗传学筛选过程中，他发现酵母细胞中存在引起细胞运输系统缺陷的基因。这些基因的缺失会引起细胞转运系统的紊乱，囊泡由于找不到目的地而无法正确运输释放，杂乱地堆积在细胞内（图2），形成了类似“交通堵塞”的状况。该发现证实了这些基因与囊泡转运的密切关系。Schekman教授首先报道的与囊泡运输相关的是sec-1基因，相关的报道发表在1979年的PNAS杂志上[3]。 之后经过多年的研究，Schekman教授确定了三类基因控制细胞的运输系统的不同方面和过程，