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曾与诺奖获奖者共事 杭师大教授刘俊平解读“细胞运输”

2013/10/8 17:28:58 [稿源:钱江晚报] [作者:章咪佳] [编辑:苏小莉 实习生:巢景欣]
  原标题:15年前曾在美国与获奖者共事 杭师大教授刘俊平解读“细胞运输”
  
  科学解读
  
  15年前曾在美国与获奖者共事
  
  杭师大教授刘俊平解读“细胞运输”
  
  昨天诺奖生理医学奖出炉后,记者联系上了杭州师范大学衰老研究所所长、澳大利亚墨尔本大学遗传学系荣誉教授刘俊平。
  
  电话那头,刘俊平格外兴奋,因为15年前,刘俊平曾在美国德州大学,托马斯·聚德霍夫当时的实验室里,与聚德霍夫教授共同完成内分泌激素方面的一项研究。当年在美国召开的遗传学学术大会上,他也曾经见过一位新科诺奖得主:詹姆斯·罗斯曼。
  
  刘俊平对三位教授的研究都很熟悉,他说,这三名诺贝尔奖得主,发现了细胞运输系统背后的分子机制,揭示了这些细胞货物如何在正确的时间、被运送到正确的细胞靶点。
  
  我们按照诺奖得主研究中出现的一些关键词,看看这到底是一个什么样的研究。
  
  关键词:细胞
  
  细胞是一个非常小的单位,中学教材上说,成年人身上,有10的14次方个细胞。
  
  细胞是活的最小生物体。它们的尺寸各不相同,平均直径大概在10微米-20微米样子。您不用显微镜是没法看到的。
  
  不过,刘俊平说,不管大小,每个细胞都是个“大观园”,什么功能都齐备。
  
  关键词:运输
  
  刘俊平再进一步讲细胞的特点,哺乳动物的细胞都是真核细胞,它们和细菌原核细胞,最大的不同在于:它们是工厂流水线操作,细胞结构,是分区块的;原核细胞呢,小作坊,没有分工,大家一块儿混着干。
  
  真核细胞的功能,就是制造出各种身体所需求的物质,相当于工厂生产出产品。所以细胞这个“实业型企业”里,它需要从外面运输进来原料,里头各个部门之间也需要运输。到最后“成品出厂”,还得运输。
  
  关键词:囊泡
  
  运输需要类似集装箱这样给力的运输工具,细胞里的“集装箱”,叫做囊泡。囊泡这种结构的尺寸非常小,一般0.1个微米都不到,个儿小,精干得很。
  
  刘俊平说:“比如人体内最长的细胞神经细胞(最长的神经细胞足有几十厘米——因为神经突起就跟爪子一样能“伸手罩住”很多部位),神经细胞里头有细胞体合成的蛋白,这种蛋白一制造好,需要从脑部被运输到神经细胞的另外一头——手部。”
  
  蛋白质自个儿,就跟散落的货物一样,需要打个包,才能够整体被运输,这个“箱包”兼“司机”,就是囊泡。它们到了“接货”的下一站,要与目标融合,完成“卸货”。
  
  生物体内细胞的正常运转有赖于让合适的分子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,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,但是这些囊泡具体是如何达成这种精准的运输的?这一点一直没有被理解。
  
  兰迪·谢克曼教授,发现基因控制下的蛋白质在这种囊泡运输机制中起到重要作用,成功识别出操控这一转运过程的基因。
  
  詹姆斯·罗斯曼教授,发现一些蛋白质可以让囊泡实现与目标细胞膜的融合。囊泡上的蛋白质会与目标细胞膜上的特定蛋白质之间发生结合,从而让囊泡可以在正确的位置上释放其所运载的特殊“分子货物”。
  
  聚德霍夫的发现,解释了囊泡转运的时间精度是如何实现的,并阐释了和囊泡中货物的释放可以通过信号加以控制。
  
  关键词:钙离子信号
  
  囊泡从一个部位,运输细胞内的“货物”,到另外一个部位,或者将一个“细胞工厂内的货物”运输到另外一个“工厂”,它得得到对方“芝麻开门”的谕令,才好进去。
  
  “这种运输和‘交付货物’,是有定点、定时的严格要求的。”刘俊平说,囊泡在细胞内一旦“游”到一个新的部位,必须要完成与对方的膜融合后,才能够完成运输。
  
  什么时候进去呢?信号由细胞外的钙离子发出。“钙离子就相当于开关,它经过特定的通道进入细胞后,就会及时‘通报’囊泡,是时候可以和膜融合释放囊泡内的物质。”
  
  这就跟刘姥姥见到王熙凤前,得有层层通报一样。钙离子呢,就是凤姐的贴身丫鬟平儿,因为她给的信号,是最精准有效的。
  
  刘俊平说,这项发现是一项基础研究,但是将来它的应用价值会非常大。“细胞的运输机制,关系到比如神经细胞能否传递信号、比如内分泌细胞能否分泌激素……总之是各种细胞能否正常工作。”
  
  “我们一旦了解了细胞工作的机制,就更进一步认识了疾病,了解了疾病的过程,比如,有的糖尿病人,胰岛内的β细胞不能分泌胰岛素,可能因为这一路的‘运输’有问题了;比如有的瘫痪病人,就是因为神经细胞的信号传输不到脊椎、四肢,那么这些部位就不工作了……了解这个机制,有助于我们设计出一些药物来应对。”记者 章咪佳

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