细胞分裂的分子原理——一个值诺贝尔奖的科学领域

华盛顿大学 中国科学院 饶毅

细胞是许多生命形式的基本单元。细胞进行分裂是细胞生长的重要环节。过去二十年的研究表明:从简单的单细胞生物酵母,到复杂如人的多细胞生物,通用一个相同的分子机器,控制细胞分裂的周期性过程。这一领域的成果,不仅解答了细胞生物学的基本问题,并直接推动了包括癌症研究在内的其它领域。其重要性清楚地置其于诺贝尔奖候选范围。

很长以来已经知道,细胞分裂周期是很有规律的。二个大的过程是DNA合成和细胞分裂本身。它们分别发表在细胞周期的S和M期。这二个相中间又有所谓“间期”。这些亚期的循序发生,构成一个整的细胞分裂周期,在不同的细胞其形式大同小异。

对细胞周期研究的突破,来源于对酵母、青蛙和一种低等海洋生物的研究。七十年代初,美国西雅图的华盛顿大学哈特沃(Leland Hartwell),用遗传学方法筛选一种酵母中控制细胞周期的基因,他发现的一群基因,成为八十年代和九十年代人们研究细胞周期的主要对象。也在七十年代,英国牛津大学的勒思(Paul Nurse),用另外一种酵母找影响细胞周期的基因。他对其中一个基因进行了进一步的分子生物学和生物化学研究,证明这个基因的产物是一种蛋白激酶。这个酶的激活和失活,是决定细胞周期运转的关键。用青蛙的卵细胞做细胞周期的研究,在六十年代底、七十年代初有一重要进展提示有某种显性物质有作用,但这种物质的本质指导八十年代中才开始被揭示。一九八八年美国科罗拉多大学的马勒,和加州大学圣迭哥校区的纽波特分别领导的二个小组纯化了这种物质,发现其主要成分之一就是跟酵母中那个酶一样的分子。其中另外一个主要成分后来发现是跟一种叫“循环素”一样的分子。循环素是1983年英国的汉特实验室最早从海洋无脊椎动物中找到的,其特点是在细胞周期的不同阶段有涨有落。这二个分子,特定的蛋白激酶和循环素,就构成了细胞周期的核心机器,从简单细胞到人都相似。

迄今为止,受细胞周期研究突破影响最大的是癌症研究。细胞周期的失调是癌症的根本原因。已经有确切的证据表明,有一些癌症的产生是因为直接调控细胞周期机器的基因失常。也有工作发现,一些对细胞分裂周期机器有刹车作用的分子,可以用来控制一些恶性分裂。这种性质的研究都是现在的前沿课题。

细胞周期研究的突破,无疑值得给诺贝尔奖。其中美国的哈特沃和英国的勒恩二位特别突出。有无第三位则不易定。至于哪一年得则更难猜了。以前有快的如杨振宁、李政道工作出来一年得奖的,慢的有如基因工程开创者(加州大学的波耶尔和斯坦福大学的科恩)至今还未得奖的。当然得奖是否重要,则取决于每个人的观点了。


(本文于1998年发表于《科技日报》, 2001年以上介绍的Hartwell、 Nurse 和Hunt获得诺贝尔奖)

 

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