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【邵逸夫獎系列】「馬達蛋白」揭細胞染色體遺傳機理

2017-09-29
■「忘年交」伊恩(左)和羅納德(右)先後發現動力蛋白和驅動蛋白。無邦q視視頻截圖■「忘年交」伊恩(左)和羅納德(右)先後發現動力蛋白和驅動蛋白。無邦q視視頻截圖

美「忘年之交」先後研究發現 助科學家研藥治癌醫「腦退化」

細胞是人體結構和功能的最基本單位,了解細胞內部的運作方式,便可從根本上了解人體運作之奧秘。一對忘年之交伊恩.吉本斯和羅納德.韋爾先後發現被稱為「人類發育發動機」的微管相聯「馬達蛋白」:動力蛋白(Dynein)和驅動蛋白(Kinesin),揭示神經細胞生長和染色體遺傳機理,他們的重大發現有助科學家研發藥物,控制有關蛋白出現異常可能導致的癌症、認知障礙(俗稱「腦退化」)、柏金遜症等疾病,對人類健康貢獻極大。兩人因此成為本年度邵逸夫獎的生命科學與醫學獎得主。 ■香港文匯報記者 柴婧

美國加州大學三藩市分校細胞與分子藥理學教授羅納德.韋爾近日來港領獎並接受媒體訪問,介紹其「馬達蛋白」相關研究,而現為加州大學柏克萊分校客席研究員伊恩則因故未有來港,由其女兒及兒子代領。

「馬達蛋白」負責在細胞內輸送物質,「驅動一切與生命有關的動作」,羅納德比喻道:「城市如果想順暢運行,所有部分都必須有良好規劃。人體就好比城市,如果想一生保持人體系統運作良好,從細胞的這個部分到另一部分必須是健康的,如果系統停止運輸就會開始生病。神經細胞是人體最長的細胞,比如控制腳趾的神經元,細胞的主要部分來自脊髓,它們是如何將基礎成分運送那麼遠的?是什麼在負責運送呢?」

羅納德憶述,上世紀80年代自己開始投身有關研究時,就遇上了非常好的模式生物-魷魚作實驗對象,「牠有巨大的神經纖維,亦叫做觸鬚,我們用肉眼就可以看到,並且很容易移除。」

他表示,「馬達蛋白」就好像「汽車」,在細胞相關路徑上運送不同供生物運作的「貨物」。

他當時發現,魷魚觸鬚裡面運送基礎成分的路徑,和另一種已知的肌凝蛋白(Myosin)運送路徑不同,而是靠微管運送,這和早年被伊恩發現的動力蛋白的運送路徑一致。

蛋白黏附塑膠珠研「貨物」運送

於是羅納德把魷魚細胞內天然「貨物」移除,放入人工製作非常小的塑膠珠,模擬在微管上面運送的「貨物」,再將魷魚觸鬚的蛋白液加入,部分馬達蛋白即黏附在塑膠珠上,把它們當成「貨物」在微管上運送,這時就可以發現有關「馬達蛋白」究竟是什麼。

其後,羅納德終發現那涉及一種全新的蛋白種類-驅動蛋白,當時他年僅27歲。

後來,他更逐步發現45種不同的驅動蛋白,其中僅15種參與細胞分裂,成為癌症化療的打擊目標。

探索海膽揭動力蛋白精子活動

羅納德認為,自己的研究受到伊恩的很大啟發。在上世紀60年代羅納德尚年幼時,伊恩便率先透過纖毛橫切面發現動力蛋白。後來,伊恩用海膽進一步探索,發現動力蛋白驅動精子的尾巴活動。

他通過實驗證實,移除動力蛋白,精子鞭毛會失去能動性,加入動力蛋白,又可恢復能動性,且只要在動力蛋白中加入化學試劑三磷酸腺銦]ATP),即使精子沒有頭,亦可活動。

當時生物學界對微管、動力蛋白了解甚少,相關觀測影片令學界亦感到歎為觀止。

其後再有研究發現,動力蛋白和驅動蛋白在細胞內可合作運行,沿微管運輸「貨物」,其功能包括:驅動蛋白向神經末端輸送營養物,而動力蛋白則將神經末端產生的「垃圾」送至細胞核消化分解。羅納德笑言:「我和伊恩在科學上合作,和兩個蛋白的合作很相似。」

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