细胞生物学

诺贝尔2013年:细胞的流量

细胞是如此ège d'un intense trafic : 
sans cesse, des proté从一个地方过境
à un autre, transportées par des vésicules. 
Retour sur la découverte des mécanismes 
qui régulent ce trafic.

詹姆斯罗斯曼,Randy Schekman和ThomasSüdhof 对于Science N°444
本文保留用于科学用户

2013年,James Rothman,Yale University,Randy Schekman从加州大学到Berkeley,以及美国斯坦福大学,美国,美国斯坦福大学托马斯·斯üdhof,为“调节藻类交通的机械发现的生理医学奖是我们细胞中的主要交通系统“。它是关于什么的?什么旅程导致它们对这些机制不可或缺的是身体的功能?这是他们的见证。


什么是紫杉布交通,知道你开始感兴趣的时候?


詹姆斯罗斯曼: 脉络交通是传送细胞中蛋白质的方法。在20世纪70年代,当我开始感兴趣时,只有来自电子显微镜获得的细胞内部的静态图像。但是,自20世纪50年代以来,内部运输的想法已经出生在一个人的头部,乔治·帕莱德(1912-2008),然后在纽约洛克菲勒大学。此时,很好地理解,该电池被分成一系列连接的隔室,每个连接隔室都有其自己的功能。 Palade密切研究了这些隔间,特别是通过在分裂细胞后恢复它们。它表明,这些隔室中的一个是内质网,由制备蛋白质 - 核糖体的颗粒覆盖。


如何运输这些蛋白质的想法是如何施加的?


J.R .: 在细胞中,核糖体制造高达10,000种不同类型的蛋白质,然后进入它们发挥作用的细胞。他们如何交付?一方面,这是通过研究从细胞中提取的化学室隔间的杆和同事,并且另一方面,显示“新”隔间由“旧”产生:蛋白质从中移动内质网对中间室中的中间隔室,然后以细胞中的各种目的地命名。 Palade于1974年收到了诺贝尔奖,为此发现,我们的许多工作都与他始于他。


为什么我们有资格获得藻类交通?


J.R .: 我们来到那里。 Palade和他的同事提出的关键问题是:如何在正确的地方和合适的时间在正确的地方释放出良好的蛋白质?然后他们有一个想法,证明是正确的:他们注意到在隔室之间的直径约50纳米的隔室之间,它们被命名为囊泡。他们假设这些囊泡传达蛋白质。佩莱德想象出这些囊泡形成在芽中的芽中,然后将其行进到另一个膜,然后将它们的膜与其结合起来 - 这是一种命名为膜融合的方法。 


那么你,兰迪·施克曼和詹姆斯罗斯曼,两种不同的方法都融入了比赛。


兰迪·施克曼: 实际上,Palade绘制了蛋白质分泌的卡,但仍然有必要了解机械,允许这个过程。所以我决定使用遗传来描述这条路并去捕捞所涉及的基因。我在Arthur Kornberg实验室(1959年诺贝尔奖)工作,这突出了它的复制机制脱氧核糖核酸,我有一个遗传方法可以帮助了解复杂的过程的信念。 1976年,在伯克利,我开始研究面包师酵母蛋白的分泌路线。在显微镜下,在酵母的斑块中区分囊泡 - 在细胞分裂后成为细胞细胞的产物。这些囊泡可能暗中分泌蛋白质?我们表明,不仅如此,它们还提供了细胞芽中的膜。因此,系统似乎有利于对藻类交通的研究。


如何将其“钓鱼”到参与浆果运输的基因?


作为。: 在寻找破坏细胞表面的生长的突变时。我们告诉自己,任何打断这种增长的突变都会杀死细胞。所以通过我的第一个学生之一,我们决定寻找细胞的致命突变并对温度敏感。在几次测试之后,彼得理解,通过分析一组具有随机突变的克隆,可以获得仅仅通过分析一组随机突变的克隆来阻止分泌的突变:足以将酵母作物暴露于有利于遗传突变的化学试剂。,培养每个细胞并分析获得的克隆。 


有一天,彼得给我打电话给我的电子显微镜。我们从未见过这样的牢房:在限制性的温度下,它应该已经死亡,它与囊泡的便秘!在允许温度下翻新,该突变体将囊泡的含量释放到细胞表面。我们发现了一种破坏分泌作为温度的突变的突变。我们命名为SEC1突变的基因。


他“足够”寻求“便秘”细胞的突变?


作为。: 这就是我们的想法,但我们发现只有几个突变体涉及到彼得通知,在限制温度下,这些细胞没有增长,但仍然产生囊泡。我们假设细胞密度在该温度下增加,因此可以通过以密度梯度离心来恢复它们。这就是我们所做的。通过分析比这些致密细胞更多,彼得已经鉴定在持续的一年中,这是根据温度破坏分泌的一百个突变。这些突变触及了23个基因,我们将其命名为SEC1至SEC23。今天,我们知道分泌路径最有可能介入一百个基因,参与各个阶段。


詹姆斯罗斯曼,你的方法是什么,你是如何选择的?


J.R .: 蛋白质的运输发生在多种细胞过程中:生长,细胞分裂,胰岛素调节,代谢,神经元之间的豁免,沟通,符合这种复杂性,自然地想象有许多机制作为功能。但最简单的想法是说所有这些过程都只有一种机制。这可能看起来很简单,特别是对于生物学家,但我来自物理学!当我们听到与美国竞争和冷战引起的苏联的物理学听到了很多关于物理学的时候长大了。我开始考虑物理学家和学习物理学的世界。当我对生物学感兴趣时,我以物理学家的方式观看了它。 


膜融合的物理不是问题。生物膜由两层脂质组成,并且合并两个膜与两个肥皂泡一起并不复杂。问题是:生物学如何利用物理来释放合适的时间在正确的地方释放良好的负荷?如果所有浆果传输都有一个共同的机制,它可能更容易在简化的生物系统中突出显示它。用瑞典博士炸薯条,所以我们决定用哺乳动物细胞提取物脱离细胞。


如何在这样的混合中导航?


J.R .: 关键的想法是遵循蛋白质,细胞感染的蛋白质感染了Vésicularis病毒分泌:糖蛋白 VSV-G.。在其对细胞表面的路径上,该蛋白质是糖基化的:通过沿分泌路径的逐渐添加糖残基来形成糖分子。因此,我们通过检查与蛋白质结合的新残留物是否含有新的残留物来测量我们系统中这些糖的开发。将每种残余物添加到分泌路径隔室,发现蛋白质的新蛋白质意味着蛋白质从一个隔室移动到另一个隔室。过了一会儿,最后,在1979年5月,我们观察到糖蛋白被良好修饰。 


你是如何利用这个系统的?


J.R .: 我们首先完善了它,这使我们能够表明细胞的一些元素对于凹凸式,包括细胞内液体或细胞溶胶是必不可少的。然后我们测试了细胞溶酶酶抑制剂的作用。其中一个, NEM.,导致囊泡的积累。因此有一个敏感的因素 NEM. 允许合并缺席 NEM.。我们设法净化了这个因素并命名为它 NSF. (NEM. 敏感因素)。添加到我们的体外系统中, NSF. 重建的运输和膜融合。该蛋白质在膜融合中发挥作用,我们可以将其用作诱饵,我们也去钓鱼 - 达到其合作伙伴。因此,我们已经分离出一种胞质蛋白,其扮演中间人的作用 NSF. 和膜,我们命名 折断 (易溶 NSF. Attachment Protein).


一侧,在酵母中鉴定的23个干基因,另一个,蛋白质 NSF.折断 分离在哺乳动物细胞中。你是如何汇集这两个故事的?


作为。: 在20世纪90年代初,已知分泌路径中涉及的酵母基因。因为他们的部分,J. Rothman和他的同事已经测量了编码蛋白质的基因 NSF.折断 在哺乳动物。比较序列,他们发现了基因编码 NSF. 非常类似于干燥,并且编码 折断, 非常类似于干燥。此时,我们的两条路径会融合。这种收敛是基本的,因为它意味着细胞内交通的参与者将酵母从酵母中留给哺乳动物。


确定的演员解释了分泌渠道的特异性吗?


J.R .: 他们可以指定事物。它似乎 NSF.折断 当时介入所有已知的膜融合过程。两种蛋白质没有集中注意力和受体 折断 在囊泡膜上不得不满足这种作用。我们再次去钓鱼以隔离这些蛋白质,我们已经命名了 圈套来自牛脑提取物。


我们使用脑提取物因为浓度 圈套 它比身体的任何其他织物大十倍。因此,我们已经收获了三种蛋白质......已经是神经科学家的众所周知:语法, 折断-25.鞋面 是突触传递的参与者的一部分 - 神经元之间的沟通。我们已经表明,这三种蛋白质形成一个复合物,其中一个人位于突触囊泡中,而另一个蛋白质在神经元膜中位于突触囊泡中。 


然后我们想象以下情景:当蛋白质V-时,囊泡紧贴并与目标膜合并圈套 囊泡与蛋白质相互作用圈套 靶膜。每个囊泡和每个合作伙伴膜都有自己和独特的蛋白质V-圈套 和 t-圈套,这将构成特定合作伙伴并开始膜融合。这种机制将是膜融合的特异性的主要原因。这一假设已在几年后经过验证,当我们在体外用人工膜显示,这三种蛋白质是必要的并且足以用于膜融合。


ThomasSüdhof,您在神经元的凹凸运输上的作品此时。为什么这个主题? 


ThomasSüdhof: 大脑类似于强大的计算机,由神经元电路组成,该基座电路是基本单元是突触的,该结是从一个神经元传输到另一个神经元的信息。突触相同原理的所有工作:电势触发了第一神经元的突触区中的钙通道的开口;钙进入细胞,然后触发释放,在神经递质的突触中,与第二神经元表面的受体结合的分子,从而引发动作的潜力。突触传输中显着的是它的速度:只有几毫秒。这种速度的关键是在过程中最复杂的步骤:将钙信号转化为突触囊泡的融合,含有细胞表面的神经递质。因此我对这个阶段的兴趣。我搜索了确保这种快速合并的机制。


你选择了什么方法?


T.: 一方面,我们研究了突触囊泡本身的融合,使我们能够分离语法活性的必需调节剂,复合物的蛋白质之一 圈套 这些囊泡。另一方面,我们系统地表征了突触囊泡蛋白,并在小鼠中研究了它们的功能,在突变神经元中,相关基因不再具有功能性。这种方法导致了两种参与膜融合,Sysaptagmine和Compleastin的时间调节的两种蛋白质,这是融合器和融合的制动器。位于囊泡的Synaptotagmine捕获钙,钙触发神经递质的释放。与复杂有关 圈套复杂的是一种夹子,防止膀胱融合,因为许多钙尚未与Sysaptagmine相关联。


今天,您如何描述突触囊泡的合并以及仍有待理解的内容?


T.: 近年来,我们通过阐明了允许突触前神经元仅停泊突触囊泡的机制来完成该方案:蛋白质复合乐团在钙运河附近的囊泡系泊。因此,膜融合中涉及的蛋白质组看起来越来越像一个纳米机器,其作用是引发神经递质的快速释放。现在是关于了解这个纳米机在突触的“生活”期间如何工作......

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