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          細胞吸收營養需要「達文西密碼」!?
          -1999諾貝爾生理、醫學獎
           The 1999 Nobel Prize in Physiology or Medicine


...在1970年代之初,GUNTER BLOBEL博士已經發現新合成的蛋白質裡有一段不可缺少的內在信號(一段氨基酸序列)控制整段蛋白質越過內質網的膜。...


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他也發現類似的"地址標簽(address tags)"或者" 拉鏈代碼(zip codes)"把蛋白質指向其他細胞內的胞器裡。...    

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Blobel所發現的原理後來被證明是普遍存在的,也就是在酵母菌、植物細胞與動物細胞中,都是如此。而且有許多人類遺傳 性疾病是由這些信號和運輸的機制中有錯誤而產生的。Blobel的研究也對「利用細胞發展成為有效的蛋白質工廠(protein factory)以製造重要藥物的方向」有重大貢獻。...


      現代的生物科技、基礎醫學進步神速,如果把臨床醫學比喻作「電腦軟體之使用」,則基礎醫學就是「軟體的程式設計」。電腦軟體的「功能」就是決定在「程式設計的內容」,如果您拒絕電腦軟體進行逐年更新,而想勉強應付「日增的效率需求」時,將為您帶來「錯誤百出」、「捉襟見肘」的窘境。基礎醫學之研究只要在短短幾年內就可以有重大改變,例如:十幾年前,主張「每個細胞的基因有死亡程式設計,在條件符合時,死亡程式被驅動,細胞就進行自殺任務」(Apoptosis)的研究者並不被當時主流觀念所接受,帶頭者不但被排擠,甚至申請不到研究經費補助,當時的醫學院裡也沒有傳授這些知識。在沒有幾年的歲月後,大家蜂擁研究的結果,已經產生清楚明確的基礎醫學證據,進而建立了「Apoptosis」的輪廓,它目前不但成為無人不知的醫學常識,而且對於各種細胞死亡或過度增生的人類疾病之研究貢獻非常大。

      十年前訓練的臨床醫療工作者裡,有一些人的醫學知識仍停留在當時類似使用「PE2」的程度裡,有一些人已經逐年更新至類似「Word 2000」的程度裡,雖然那些臨床經驗豐富的人就像「使用PE2非常熟練」一樣,短期內可以靠臨床經驗去解釋似是而非的醫學理論,但是,一旦基礎醫學研究更往前加速後,恐怕就連類似「Word 2000」的程度者都將因更新需求而被淘汰掉。更新基礎醫學知識就像是改寫軟體程式,需要花費許多心思與時間,但它永遠是值得的。

      1999年諾貝爾生理醫學獎是屬於分子細胞生物學的研究領域,由紐約洛克斐勒(Rockefeller)大學的細胞分子生物學家GUNTER BLOBEL所獲得,他的研究結果改寫了以前對於「細胞內蛋白質如何運送至正確的目的地去執行功能」之運送機轉的觀念,這些研究結果已經被寫入新版的分子細胞生物學的教科書(如Molecular Cell Biology, 4th edition, W.H. Freeman and company, Harvey Lodish et al.)裡,在醫學院裡已經有這些傳授這些理論的課程了。


      我們的身體裡存在大量的蛋白質(例如:神經傳導物質、賀爾蒙、催化酵素等),以負責必要生化生理功能。它們需要不斷地在細胞中被製造出來,在製造出來之後,又必須有正確的機轉運輸這些蛋白質出去細胞外或者到達細胞內的各種胞器的隔間裡。 新合成的蛋白質是如何越過各種胞器的膜而運輸呢?它們又是如何被指引至它們的正確的目的地呢?透過GUNTER BLOBEL博士的研究工作已經可以回答上述這些問題。

     在1970年代之初,GUNTER BLOBEL博士已經發現新合成的蛋白質裡有一段不可缺少的內在信號(一段氨基酸序列)控制整段蛋白質越過內質網的膜。 在接下來的二十年期間裡, Blobel詳盡研究了這些過程的分子機制。他也發現類似的"地址標簽(address tags)"或者" 拉鏈代碼(zip codes)"把蛋白質指向其他細胞內的胞器裡。

       Blobel所發現的原理後來被證明是普遍存在的,也就是在酵母菌、植物細胞與動物細胞中,都是如此。而且有許多人類遺傳性疾病是由這些信號和運輸的機制中有錯誤而產生的。Blobel的研究也對「利用細胞發展成為有效的蛋白質工廠(protein factory)以製造重要藥物的方向」有重大貢獻。

       一個成人由約一百兆個細胞所組成。每一個細胞內含有許多不同隔間、胞器(四周都是膜)。 這些胞器都有分化而能執行不同功能,例如:細胞核含有 基因物質(DNA)並且控制細胞的所有功能、粒腺體是細胞產生能量的"發電廠"、內質網則與核糖體一起負責合成蛋白質。每個細胞約含有十億個蛋白質分子,各個不同的蛋白質都有它負責的重要功能。 某些蛋白質組成了細胞的構造單元,而另一些蛋白質則催化成千上萬個生化反應或細胞內外之訊息傳遞。在組成了細胞構造的單一個蛋白質中,其氨基酸的數目可能從大約50個到幾千個,形成長且摺疊的蛋白質鏈。

      但是,蛋白質如何穿過這些柵欄? 蛋白質是大分子,它又如何能橫越由脂質緊密靠在一起而形成的膜(圍住胞器)呢?幾十年以前,並不清楚如何把剛製造的蛋白質指引至正確的位置,所以,Blobel的貢獻是解決了這些難題。

       BLOBEL博士在1936年5月21日誕生於德國Silesia的Waltersdorf在1960年代末,他在紐約在 Rockefeller醫學院的研究所裡進行研究,他參加  了著名的George Palade的細胞生物學實驗室。在二十年期間, 他們一起研究了細胞的架構(cytoskeleton)以及對於新合成的蛋白質離開細胞的運輸原理。這些研究工作終於使得他的老師George Palade獲得1974年諾貝爾生理、醫學獎。其實,Blobel之後的研究建立在George Palade實驗室的傳統研究方法上,尤其是Blobel研究了新製造的蛋白質離開細胞的運輸。在1971年他發表了" 信號假設(signal hypothesis)" 的第一個版本:他提出蛋白質正確地離開細胞的祕密在於它含有內在信號(intrinsic signal),內在信號控制它們越過膜。在1975年,Blobel由於完美生化實驗在這些過程中描述了各種步驟:信號由一段特定一系列氨基酸所組成,並與其他非信號的氨基酸序列一起形式一個完整蛋白質。 他也提出蛋白質透過通道橫越內質網。

      在接下來的二十年裡,Blobel和研究同事逐步地描述了這些過程的分子細節。最終證明了信號假設是正確的和普遍的。研究證實:信號好比一封信件的地址可以確保到達它的正確的收件人。 這些信號序列事實上是蛋白質前端的一系列不同氨基酸物質、短的「尾部」,或者有時位在蛋白質中間的一段。當一個細胞分裂時,必須有大數量的蛋白質製造和新的胞器形成,如果細胞要正確地執行功能,這些蛋白質必須到達它們的恰當目標位置。因此Blobel的研究充分地增進了我們對於控制這些過程的分子機制的理解。

       此外,關於這些topogenic信號的知識,將增進了我們許多醫學重要的機制的理解,例如:我們的免疫系統使用topogenic信號(在抗體的生產中)。Blobel的研究也解釋了幾個發育疾病背後的分子機制:如果改變一個蛋白質中的分類信號,蛋白質能在細胞中的錯誤位置存在著。舉一些例子,家族性高血膽固醇症(hypercholesteremia)患者血中的膽固醇在一個很高的濃度是由於不完善運輸信號。而纖維囊泡(cystic fibrosis)是由於蛋白質不能到達它們的恰當目的地而產生的一種遺傳疾病。

      在不久的將來,應用人類基因組將這整個基因地圖瞭解後,人們也能夠推論這些蛋白質的架構和topogenic的信號,這樣的知識將增進我們對於導致疾病的過程的理解,並且能夠用來發展新的治療策略,例如:生產胰島素、生長激素、erythropoetin和干擾素等藥物時,通常把細菌用作藥物(蛋白質)的生產者,而某些人類蛋白質需要在更複雜的細胞中合成,例如酵母菌。藉著基因技術的幫助,可以為這些蛋白質的基因提供為運輸信號編碼的序列,然後能夠把這些修改的基因的有效地用作蛋白質工廠。關於把蛋白質在指引至細胞的不同一些部分的過程的知識,也將使我們發明新藥物以進入特定的胞器中,去正確的位置發揮作用而改正缺陷。

資料提供:
RNP國際營養醫學研究中心(R.N.P INTERNATIONAL RESERCH CENTER ON MEDICAL NUTRITION) 文獻資料庫



R.N.P INTERNATIONAL RESERCH CENTER ON MEDICAL NUTRITION

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