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【解構・諾貝爾獎】醫學獎:細胞自噬作用 

2016/10/3 — 20:25

圖片來源:nobel prize facebook

圖片來源:nobel prize facebook

生命是一個週期,細胞由生長、發育到自噬循環不息——今屆諾貝爾獎生理學或醫學獎得獎者大隅良典,就嘗試以「酵母」研究細胞自噬作用 (Autophagy)。

細胞熔爐:溶酶體

細胞自噬的機制一直是生物學疑團。生物學家 Christian de Duve [1]  在 1950 年代首次發現細胞有一種特別的「細胞器 (organelle)」存在。這種細胞器內含有酵素,可以將外來的蛋白質、碳水分合物和脂肪分解——稱為溶酶體 (Lysosome)。

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後來他再觀察到這種細胞器內,原來還可以由自身溶酶體 (autophagosomes) 的囊泡 (Vesicle) 將細胞物質運送到溶酶體分解,並將這個現像稱為「細胞自噬作用」。其後,在 1970-1980 年,研究人員 Aaron Ciechanover 、 Avram Hershko 和 Irwin Rose 等人[2],再找出另一個名為蛋白酶 (proteasome) 細胞自噬系統,將蛋白質逐一分解。

不過,這仍未解答到細胞怎樣將再大的蛋白質,或者是其他細胞器分解。而科學家也以為被細胞分解的都只會被身體所「棄置」。

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研究關鍵——酵母

直至 1990 年年初,生物學家才開始透過不同研究找出背後的運作機制;而作為研究先驅的大隅良典就嘗試以酵母了解細胞自噬機制,並從結果中得出細胞是以「循環」運作的結論。

大隅良典之所以採用酵母而非直接用人體細胞,是因為它們可讓研究人員找出推動自噬機機制背後的基因,並在人體上找出類似機制。可是,酵母本身十分細小,根本難以觀察到裡面有沒有自噬機制運行。為了觀察和證實酵母的自噬機制活動,大隅良典就嘗試打斷細胞分解機制,令自身溶酶體不斷累積以便觀察。果然一如意料,他觀察到自身溶酶體存在,同時亦證明到酵母有細胞自噬作用。

但他並不滿足於此,他還想找出引致細胞自噬的「幕後黑手」,也就是相關基因。他利用化學物誘導酵母基因變異,然後再「引發」細胞自噬機制。如果在缺乏養分的環境下,自身溶酶體依然不再累積(即細胞沒有自噬),那就是說明化學物抑壓了細胞自噬基因,也代表他已找到自噬的關鍵基因。這個方法沒有令大隅良典失望,他在短短一年間,就以這個方法找到負責的關鍵基因,並令科學家知道細胞存在獨特的循環機制。

細胞自噬與人體

但細胞自噬對我們有甚麼關係?諾貝爾獎評審委員之一 Juleen Zierath 就指:

我們每日都會攝取約 70 克的蛋白質,但這並不足以應付身體製造新蛋白質的需求。 而細胞自噬作用就正好可以令我們可依賴自己的細胞蛋白質作重用,令我們可以繼續存活。

細胞的生命是一個週期循環。自噬就在循環中擔當重要角色,將老掉、被感染的細胞分解,並將之重新供給新生細胞生長之用。再者,細胞自噬作用更對於胚胎發育、對抗衰老等擔當重要角色。研究細胞自噬機制就可以讓科學家找出不少病症,包括柏金遜症、糖尿病和癌症等疾病的機制——提供治療這類疾病的線索。

醫學界根本不知「細胞自噬」的存在,更枉論對我們和其他生命所起的功用;但藉著大隅良典與無數科學家的觀察、實驗和研究後,終於發現到細胞自噬作用對身體生理機制所帶來的影響,為日後研究生理運作奠定基礙。

註:

[1] 生物學家 Christian de Duve 為 1974 年諾貝爾獎生理學或醫學獎得主。

[2] 研究人員 Aaron Ciechanover 、 Avram Hershko 和 Irwin Rose  為 2004 年諾貝爾獎化學獎得主。

[3] 大隅良典於 2014 年出版的論文《Historical landmarks of autophagy research》,簡介了細胞自噬的研究歷程。

原文:

Nobel.org, Press release: 2016 Nobel Prize in Physiology or Medicine to Yoshinori Ohsumi for his discoveries of mechanisms for autophagy, 3 October 2016

相關研究:

Takeshige, K., Baba, M., Tsuboi, S., Noda, T. and Ohsumi, Y. (1992). Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. Journal of Cell Biology 119, 301-311

文/eh

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