2017年度邵逸夫生命科学与医学奖平均颁予伊恩 • 吉本斯 (Ian R Gibbons)罗讷德 • 韦尔 (Ronald D Vale),以表彰他们发现微管相联的马达蛋白:驱动人类细胞和细胞内对生长、分裂和生存至为重要的活动的发动机。伊恩 • 吉本斯 是美国加州大学柏克莱分校客席研究员。罗讷德 • 韦尔是美国加州大学旧金山分校细胞与分子药理学教授暨美国霍华德休斯医学研究所研究员。

动物和植物细胞具有精细的缆线和丝状体网络,能以精密设计的高速系统编制细胞质内的物质输送,部份的细胞室在微米范围内作短距离移动,而其他部分,特别在神经细胞中,可由细胞体穿行到神经末梢的顶端,移动范围可从毫米到多达几厘米。最先发现的丝状体是由称为肌动蛋白的蛋白质组成,和肌肉细胞中呈现纹状体结构的蛋白质相同。肌动蛋白丝互相滑过,产生肌肉收缩,并由一种称为肌凝蛋白的马达蛋白来驱动。肌凝蛋白令肌动蛋白丝迅速滑动的现象,早在1940年代于肌肉组织内首先被发现,并在1970年代在其他真核细胞中再次被发现其可作为收缩活动基础。真核细胞还具有另一个网络,以一种称为微管蛋白的蛋白质结集成为圆柱形缆线,称为微管。微管就像运输带一样,让膜隔室在细胞内作长距离移动。此外细胞表面纤毛能以拍打的方式来增加液体在脉管例如血管和肠道内的流动,单真核细胞的鞭毛能促使其在液态环境下推进等,都是基于微管的作用。微管还组织染色体的正常分离和遗传,在细胞分裂期间参与染色体的复制、分裂和分配至子细胞。

伊恩 • 吉本斯罗讷德 • 韦尔发现了两个马达蛋白家族:动力蛋白和驱动蛋白,它们将粒子和膜隔室沿着微管移动,增强微管在纤毛内搏动,及遗传物质在细胞分裂时细胞核分解作准备的染色体的前后移动。

吉本斯使用简单的酶分析法,水解高能量的化合物腺苷三磷酸,从单细胞真核生物四膜虫纤毛的微管结构,即轴丝中,分离出动力蛋白。利用限制使用腺苷三磷酸或使用粘胶媒介限制动力蛋白的活动的方法,他的实验简练的证实它的酶活性与轴丝的弯曲波纹密切相关。也许,这些早期的实验显示动力蛋白在轴丝中产生与邻近蛋白相对的微管滑动,最令人叹为观止。当他分解轴丝中微管之间的连接蛋白质,再加入腺苷三磷酸时,通过光学显微镜他观察到微管的滑动。吉本斯将毕生的职业生涯专注在了解动力蛋白怎样运作。他对动力蛋白进行克隆和测序,结果显示动力蛋白是腺苷三磷酸酯酶的一种特别类型,在一种多肽中具有六个连接的结构域。我们现在明白到动力蛋白的活动不但有助于纤毛和鞭毛的轴丝运动,还有助于细胞内所有形式的运输,包括细胞分裂过程中的染色体分配。

作为一个非常年轻的科学家,韦尔发现了驱动蛋白,这是第三种细胞骨架的马达蛋白。他的发现开启了生物学上一个重要的研究领域,该领域在随后的30年里蓬勃发展,有关文献已超过6000篇。

韦尔专注马达蛋白是怎样运作的这个核心问题,并成为这方面研究的先驱者。他证明驱动蛋白是沿着微管的单一丝状体移动,展示了驱动蛋白的第一个原子分辨结构(该结构出人意表地显示出驱动蛋白与肌凝蛋白有古老的结构同源性),确定了动力蛋白最早期的其中一个原子结构,并进行了巧妙的单分子生物物理学实验来显示驱动蛋白和动力蛋白的步进行为。

韦尔也为科学教育作出了三方面的重要贡献。他曾在美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室工作了几年,担任生理学课程主任。并将他所采用的高科技实验手段的教学法带到印度,他和同事们在班加罗尔进行了相当卓越的现代光学显微镜课程。或许最令人印象深刻的是,韦尔创立了一个互联网教育计划iBio研讨班,从扩展各类型iBiology项目中,实现将生物学普及至各年龄阶层的抱负。

吉本斯韦尔发现的微管马达是人类发育和染色体遗传过程的核心部份。没有了这些马达,多细胞生长和分裂是不可能进行的。事实上,神经疾病、精神分裂和神经退化症等疾病都与这些马达蛋白基因相关。这一个基础科学的发现再次阐明了一个对人类健康极为重要的细胞基本属性。
 

邵逸夫生命科学与医学奖遴选委员会
(译自英文原稿)


2017年6月17日  香港 (修定版)