揭秘细胞如何感知环境 清华客座教授获诺贝尔化学奖

来源:北京青年报 2012-10-11 徐勇 雷嘉 薛雷

  罗伯特•莱夫科维茨:

  1943年在美国出生,现任美国霍华德•休斯医学研究所和杜克大学医学中心医学和生物化学教授。

  布赖恩•科比尔卡:

  1955年在美国出生,现任斯坦福大学医学院医学以及分子和细胞生理学教授。

  美国人罗伯特•J•莱夫科维茨和布赖恩•K•科比尔卡因为对蛋白受体的研究而获得2012年度诺贝尔化学奖。

  诺贝尔化学奖评审委员会认定,两名获奖者对G蛋白偶联受体(GPCR)的研究所获成果具有“奠基意义”,揭示了这一类重要受体发挥作用的内在机理。

■发现细胞如何感知环境

  长期以来,人们并不清楚细胞如何感知周围环境。科学家知道肾上腺素等激素可以发挥强大的作用:提高血压,加快心跳。他们怀疑细胞表面存在某种激素的接收器。但是这些接收器究竟由什么组成、如何工作,在20世纪大部分时间里仍然是一个未解之谜。

  莱夫科维茨及其同事的获奖研究始于1968年,针对生物细胞“感知”周围环境的能力,试图解密肾上腺素之类激素物质促生血压升高和心跳加快等生理反应的机理。

  这以前,科学界推测,细胞表面包含某种激素“受体”。

  在莱夫科维茨的实验室内,研究人员把一种碘同位素附着到多种激素物质上,借助同位素的辐射性状追踪以至揭示多种激素受体,包括β肾上腺素受体。他的研究小组最终在细胞壁内分离出β肾上腺素受体,继而对这种受体发挥作用的机理形成了初步认识。

  依照现有理解,人体包含数以10亿计个细胞,由这些细胞构成一个相互作用、精细调适的系统,而每个细胞都包含细小的受体。受体的作用,是让细胞感知所处环境,进而调整并适应环境。

■找到编码特定基因

  科比尔卡20世纪80年代加入莱夫科维茨的研究小组,接受一项挑战,即在人类染色体基因组中确定为β肾上腺素受体“编码”的特定基因。

  在包含浩瀚信息的人体基因组中,科比尔卡以创新方式实现了这一目标。

  后续研究中,借助对与β肾上腺素受体相关基因的分析,研究人员发现这种受体与促使眼睛具备捕捉光线能力的受体相似。他们意识到,存在一整类受体,不仅形似,发挥作用的机理也相同。 这类受体如今名为G蛋白偶联受体。

  诺奖评审委员会在向媒体发布的新闻稿中介绍,大约1000种基因为G蛋白偶联受体“编码”,与人体对光线、味觉和气味的感知以及肾上腺素、组胺、多巴胺和血清素等物质相关。

■捕捉到向细胞发信号瞬间

  2011年,科比尔卡实现一项新突破:他主持的研究小组捕捉到β肾上腺素受体的画面,恰逢它由某一种激素激化、向细胞发出“信号”的瞬间。评审委员会说,这一画面,集几十年研究成果为一体,是“分子层面的杰作”。

  与莱夫科维茨和科比尔卡的学历以及两人的研究历程吻合,本年度诺贝尔化学奖获奖成果似乎与诺贝尔生理学或医学奖有某种“渗透”,无法界定包含更多化学因素还是更多医学因素。

  现场回答新华社记者刘一楠提问时,一名评审委员说,本年度获奖成果确实涉及化学和医学,这种“跨界”现象构成科学“美感”。

  审视近些年诺贝尔化学奖,获奖成果相对集中在材料学和生物化学领域;材料学多与物理关联,生物化学多与医学关联。

■不应过分强调“应用”

  清华大学生命科学院院长施一公教授对本报记者表示,中国从学界到公众都过分强调“应用”。“GPCR的应用前景无疑很广阔,但我想科比尔卡教授的研发初衷不会是其应用前景。如果天天想着应用,很可能做出来的是二流研究。”施一公教授认为,诺贝尔奖鼓励的是最原创的研究,绝大部分获奖者不是为了应用去做研究,而是以探索未知为动力,从事基础研究,得奖是水到渠成,甚至是无心插柳的结果。如果要说中国与诺贝尔科学奖项的距离,这可以算一点。

作用

它是细胞对外界信号的接收器

■让你心跳加快呼吸急促

  当你感到惊慌失措时,你的神经信号和激素使你的整个身体进入警戒状态。肾上腺向血管中释放激素,很快全身的细胞都感觉到有事情发生了,你感到心跳加快、呼吸急促。而这些细胞感受激素的最重要方式就是通过G蛋白偶联受体。激素分子结合到G蛋白偶联受体上时,会触发一系列的连锁反应。

■使你拥有视觉嗅觉味觉

  G蛋白偶连受体是感官细胞表面直接接受外界信号的探测器,视觉、嗅觉、味觉都与它密切相关。通俗地说,G蛋白偶连受体的形状变化使我们能够闻到气味、尝到味道、看到光线。

■与幸福感密切相关

  除此之外,组胺、多巴胺还有五羟色胺发挥作用都与G蛋白偶联受体相关。组胺与人类的炎症和过敏反应相关,而多巴胺和五羟色胺则与人类的幸福感有密切关系。

应用

全球半数临床药物作用于它

  G蛋白偶联受体广泛参与感知、生殖、发育、生长、神经和精神等多种生命活动以及内分泌和代谢等多种生理过程;与糖尿病、心脏病、肿瘤、免疫和感染性疾病、神经与精神疾病等重要疾病的发生、发展及治疗密切相关。目前超过50%的临床用药物以及正在研发中的药物都作用于G蛋白偶联受体。全球20种最畅销的12种药物都是以G蛋白偶联受体作为靶标,每年的销售总额高达2000亿美元。

清华生科院院长施一公:科比尔卡中秋节前还在清华工作

  “我一点儿都不意外。”昨晚,清华大学生命科学院院长施一公教授接受记者采访时表示,科比尔卡教授获诺奖是实至名归。他还透露,作为清华生命科学院的客座教授,布赖恩•K•科比尔卡在中秋节前两天还在他清华的实验室里工作、指导博士后和博士研究生。

■每年要在清华工作三四个月

  施一公教授告诉记者,应清华的邀请,今年4月,科比尔卡受聘清华大学客座教授。“这可不是挂名而已,他在清华是真做事的。当时他正式向斯坦福大学请示,每年要在清华工作3至4个月。”截至目前,科比尔卡教授在清华的实验室已经开始运行,目前有1名法国籍博士后和一位有海外留学经验的实验员在里面工作,还有一名中国博士后很快到位。他还热心指导结构生物学中心其他实验室的博士研究生。

■夫人是马来西亚华裔

  中秋节前一天,施一公教授去实验室看望他时,他正在向研究生们演示实验操作,“我还送了他一盒月饼。”施一公教授透露,科比尔卡教授的夫人田东山是一名马来西亚出生的华裔,汉语很流利。

■是人类细胞与外界交流枢纽

  施一公教授用简明的语言向记者科普了GPCR的意义:GPCR是人类细胞与外界交流的信号中转枢纽,比如人受惊吓的时候会全身紧张、运动后心情愉悦,就是GPCR信号传导引起的,b2AR是肾上腺素结合的受体,肾上腺素通过这个受体把信号传送到人体细胞内部。

北大生科院院长饶毅:该成果早就该获诺奖

  北京大学生命科学学院的院长、生物化学领域专家饶毅接受了本报记者采访,他表示“G蛋白偶联受体”最终获奖是实至名归的——而且,这还是一份迟来的荣誉。饶毅在去年4月就曾为该成果迟迟没能获奖而鸣不平。“若不是诺贝尔化学奖委员会的水平有限的话,有关视杆蛋白(与G蛋白属于同类研究)的一项研究成果早应该在2003年就获奖。”饶毅说。他说,目前30%到40%的主要用药都要靠G蛋白偶联受体发挥作用,其中包括几乎全部心血管疾病的用药。“随着这种理论基础的建立,未来的整个制药行业将获得益处。”

2012年10月11日 16:22:59  清华新闻网

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