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深度解读:“自噬”获诺奖为何只授予大隅良典?——梳理自噬领域 精选

已有 27404 次阅读 2016-10-4 13:44 |系统分类:观点评述| 诺奖, 自噬, 大隅良典


北京时间10月3日下午5点30分,2016年诺贝尔生理学或医学奖授予日本科学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi),获奖理由是“发现了细胞自噬机理”。


大隅良典教授

“细胞自噬”研究获得诺贝尔奖似乎不值得惊讶,也不是冷门,此前也很多人多次预测这个领域会获得诺贝尔奖。一般认为,如果这个领域发奖有可能颁发给两个人:东京工业大学的 Yoshinori Ohsumi大隅良典)教授和密西根大学Daniel Klionsky教授。当然1999年发现自噬基因Beclin 1对人乳腺癌起抑制作用的德克萨斯西南医学中心教授Beth Levine也不能被忽视,此外,大阪大学的Tamotsu Yoshimori (大隅良典的另一位弟子)和东京大学Noboru Mizushima(水岛昇,大隅良典的弟子)教授也是这个领域的杰出学者。


密西根大学Daniel Klionsky教授


东京大学水岛昇教授


HHMI研究员,德克萨斯西南医学中心教授Beth Levine


大阪大学的Tamotsu Yoshimori教授

梳理自噬领域的重要研究发现


自噬是细胞内重要的物质分解代谢过程,也是真核生物中一种进化上高度保守、用于降解和回收利用细胞内生物大分子和受损细胞器的过程,这个过程中涉及到自噬泡包裹错误蛋白或受损细胞器然后与溶酶体融合,然后在酸性水解酶的租用产生氨基酸等物质被细胞回收利用。


自噬主要被分为以下三种:巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperon-mediated autophagy)。


1956年,Sam Clark用电镜观察到新生小鼠肾脏组织时发现细胞中有大量具有膜性结构的致密体,而且其中常含有类似于线粒体等的胞质结构。


1963年,Christian de Duve在溶酶体国际会议上提出,将描述细胞内由包裹细胞质和细胞器送入溶酶体的过程命名为“自噬”。


Christian de Duve

Christian de Duve(1917-2013,享年95岁)是比利时著名的细胞生物学家,1974年Duve因为发现了溶酶体(1955年发现命名)这个重要的细胞器而获得诺贝尔生理学或医学奖,Duve的科学生涯还有多项值得注意的重要发现,比如“重新发现胰高血糖素”和过氧化物酶体的发现。顺便提及一下,Duve是于2013年5月4日在医生和四个孩子的见证下通过“安乐死”而离开的。


Christian de Duve在NCB杂志上回顾溶酶体发现50周年

1982年,挪威科学家Per Ottar Seglen在PNAS》发表文章报道自噬的发生可以被磷脂酰肌醇-3-磷酸(PIP3)激酶抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)抑制。而3-MA也成为了经典的最常用的自噬抑制剂。


Yoshinori Ohsumi登场


上世纪90年代,Yoshinori Ohsumi(大隅良典)在酵母中发现了细胞自噬过程和重要作用。1992年发表在《The Journal of Cell Biology》(IF2015:8.717)的文章中第一次报道了在营养缺陷的条件下,酵母体内会发生自噬降解胞质中的成分,而且还表明自噬对酵母的存活是必需的。


1992年大隅良典在JCB上发表的重要文章

当明确自噬对酵母在饥饿的情况下存活是必需的这一事实的时候,接下来很容易想到利用酵母做遗传筛选。大隅良典课题组让酵母在饥饿的条件下生长,然后筛选看看哪些基因是酵母存活所必须的,而且还要在显微镜下观察自噬体是否形成,与酵母液泡是否融合等指标,最后终于筛选选到了一批参与自噬调节的关键基因,这一重要工作发表在1993年的《FEBS Letter》(2015 IF:3.519,中科院列入生物三区)杂志上。


1993年大隅良典在FEBS Letter上发表的重要文章

1993年的这篇FEBS Letter》文章拉开了自噬分子机制研究的序幕,这篇文章中鉴定到了15个参与自噬调控的关键基因,这些基因当时命名为APG(autophagy),后来统一命名为ATG。不难发现,大隅良典获诺奖的与上述两篇文章有莫大的关系,特别是1993年的这篇所谓的三区文章,目前引用已经超过1000次,这是对当下国内盲目追求CNS和高影响因子论文的风气是一种深深的讽刺。1997年大隅良典研究组在酵母中首次克隆到了第一个自噬基因apg1(后面统一命名为atg1),好玩的是这个工作发表在《Gene》(2015 IF:2.319)杂志上,按照国内很多培养博士的单位的标准这工作恐怕还达不到毕业要求。不过话又说回来,现在毕竟时代不同了,想想90年代国内发表JBC都是可以评院士的,现在各种各样的子刊层出不穷,倘若好的工作不发表在好的期刊上还真的没多少人会注意,遗传筛选、基因克隆的时代已经过去了,如今是高通量大数据时代。不过,国内科研人员片面追求发高影响因子的文章也不科学,单纯的数数显得比较傻瓜,学术的评价还是应该回归到学术本身。


1997年大隅良典实验室首次克隆atg1基因

自从第一个ATG基因被克隆之后,到目前为止差不多已经有40个ATG陆陆续续被克隆报道。下面这篇2015年的《Nature》文章已经有了ATG40了。



1998年,大隅良典的博后Noboru Mizushima(水岛昇报道了人类中Atg12的同源基因,并阐明了其作用分子机理与酵母有着相似之处,这篇文章以communication的形式发表在《JBC》上。1998年Noboru Mizushima作为第一作者的另一篇《Nature》文章直接建立起了自噬的一套体系(见下图)。


2000年,大隅良典的博后Tamotsu Yoshimori研究组首次报道了鉴定细胞自噬的金标准关键蛋白Atg8的同源蛋白LC3,同时还建立了检测哺乳动物中自噬水平的方法即LC3-I到LC3-II的变化,如今从事自噬相关研究的同行无不用这种方法检测自噬。这篇文章发表在《The EMBO Journal》(见下图)上,通讯作者是Tamotsu Yoshimori,大隅良典也是共同作者之一,值得一提的是这篇文章被引用率是大隅良典所有文章中最高的,超过4000次。


值得一提的是,Tamotsu Yoshimori今年四月份还到苏州参加亚洲冷泉港“泛素家族,自噬和疾病”的会议,并作为Keynote Speakers做了大会报告,而且标题是总结近20年来自噬的发展(见下图)。不得不说,Tamotsu Yoshimori也是自噬领域顶尖级的学者了,特别是在阐明哺乳动物中自噬的机制做出了杰出的贡献。


大隅良典做出了开创性的贡献之后,在两位高足Tamotsu Yoshimori和Noboru Mizushima的推动下,自噬这个领域算是被进一步发扬光大了。大隅良典现在当之无愧可以称得上是这个领域的“教父”了,这不,在苏州亚洲冷泉港个会议期间的这张张宏老师和大隅良典的合照就很能说明问题,张老师左手持“God Father”的牌子就是一种体现(见下图)。


张宏老师左手持“God Father”,旁边这位正式大隅良典教授(CSHA的CEO季茂业博士提供)

2014年《Cell Research》还就“自噬”出版了专刊,其中特邀大隅良典教授撰写一篇综述《Historical landmarks of autophagy research》,非常有意思的是他还在这篇综述的第一页签下了自己名字(见下图)。


Cell Research》编辑汪劼博士友情提供

笔者还注意到,明年出版的《Annual Review of Biochemistry》将会推出大隅良典的重磅综述文章《Autophagy》(见下图)。


Daniel Klionsky和Beth Levine


说完了大隅良典一门三大牛的故事,现在该轮到密西根大学Daniel Klionsky教授出场了。Klionsky这次没能和大隅良典share诺奖,有不少人为之叫屈了。谷歌学术输入Daniel Klionsky你会发现,他的论文引用次数超过5万了(见下图)。不过排在引用次数第一位就是那篇2012年《Autophagy》发表的方法学文章,这篇文章的作者名单几乎涵盖了全球所有从事自噬研究领域的知名学者,也正是这篇文章才迅速把《Autophagy》的影响因子提升到10分以上的。对此,有人打趣道,张峰应该创办一本名为《CRISPR》的杂志,依样画葫芦估计能把影响因子弄到20以上,显然这只是一段玩笑,不过还是蛮有意思的。


检索Daniel Klionsky1990-1995年的论文你会发现,也同样在酵母中开始筛选参与自噬的调控基因,时间上也不会晚多少,不过这些论文除了引用次数明显低于大隅良典很多以外,最关键的是他没有figure out autophagy的框架(某PI之语),而且后期大隅良典还弄清楚了两套类泛素化结合的途径,这一点在他的Nature Review文章中讲的很清楚,在诺贝尔奖官网给出的几篇文章中有两篇Nature很清楚的说明了问题(见下图)。Klionsky还在多种顶尖刊物上发表重要综述,2005年还创办了自噬的专业杂志《Autophagy》,对推动自噬领域的发展做了大量的工作。尽管这次没能获奖,但是我相信他仍然被尊为自噬领域大师级的人物。



诺奖官网引用的两篇Nature文章


Daniel Klionsky在实验室

说到德克萨斯西南医学中心的Beth Levine教授,也有人说可以share诺奖。Beth Levine的实验室在1999年发现了自噬基因Beclin1(Atg6)对人乳腺癌的抑制作用,这也是最早提出自噬对肿瘤发生起抑制作用。文章发表在《Nature》上(见下图)。有了这个重要的工作之后,Levine研究组此后一直围绕Beclin1做了大量重要的细致的工作,她把自噬与疾病的发生最早最好的关联起来,2008年Cell的那篇综述《Autophagy in the pathogenesis of disease》引用已经超过3000次,也是在这一年她入选为HHMI研究员。



总结


近年来科学家在自噬方面的研究取得了显著的进步,特别是对自噬的发生过及其调控机理也有了深入的认识。尽管如此,这个领域其实还有很多尚待解决的问题,正如大隅良典在接受《洛杉矶时报》采访时的说的那样,尽管他研究自噬已经超过27年了,但是他仍然希望更多的了解自噬。显而易见的是,更多的了解自噬发生的过程将有利于研究人员更好的解决一些疾病治疗问题,以自噬为基础的临床研究还需要等多的科学家努力,相信不久的将来,针对自噬的靶点药物能真正应用到临床造福人类。


学术界还是有大量的人认为今年诺贝尔生理医学奖独自授予大隅良典是完全正确的选择,君不见2012年的生理学或医学奖授予John Gurdon和Shiya Yamanaka也是此理,Shiya的两篇Cell的一作和Thomson JA也都没能入选。尽管上面提到的研究自噬几位关键的人物都作出了非常大贡献,但是和大隅良典的工作相比还是有一定的距离,也许真的就是诺贝尔评审委员会说的那样更注重original的发现。总之,遗憾归遗憾,事实也是事实。衷心祝贺大隅良典获奖,也向其他做出巨大贡献的几位科学家表示敬意!


2014大隅良典在《Cell Research》发表的综述文章中总结了20年来自噬领域文章发表的统计

最后顺便提一下,国内或者华人生命科学领域在自噬及其相关途径做的比较好的学者有:


国内

张宏         生物物理所(多细胞生物筛选)

俞立         清华大学(自噬和溶酶体再生)

胡荣贵      中科院上海生化细胞所(泛素与自噬和肿瘤发生)

朱卫国     北京大学(自噬调节染色质与DNA损伤)

陈晔光      清华大学(自噬和信号转导)

陈佺         中科院动物所/南开大学(线粒体自噬)

杨崇林      中科院遗传所(解析溶酶体生成)

刘伟         浙江大学(自噬的调控)

刘玉乐      清华大学(植物细胞自噬)

林圣彩     厦门大学(乙酰化对自噬调控)

海外

袁钧瑛       哈佛大学/中科院(泛素调节自噬)

钟清           德克萨斯西南医学中心(自噬体的形成)

姜学军       纪念斯隆-凯特琳癌症中心(铁死亡与自噬)

岳镇宇        西奈山医学院(神经系统自噬)


致谢:感谢季茂业博士和汪劼博士友情提供的珍贵照片,感谢胡荣贵研究员阅读全文并提出建设性的意见!也感谢BioArt顾问委员会的诸位大神



注:原文最先发表在微信公众号BioArt(ID:biogossip),更多精彩文章请扫下方二维码关注。





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