2013年12月5日

細胞的貨運系統—抽絲剝繭囊泡運輸歷程

囊泡為細胞中負責運送物質的貨運司機,他們該怎麼協調?怎麼交貨?目的地在哪裡?都是一門大學問。

作者/許英昌(任職英騰生物科技股份有限公司)

2013年諾貝爾生理醫學獎頒給耶魯大學羅斯曼(James E. Rothman),加州柏克萊大學謝克曼(Randy W. Schekman) 及史丹福大學蘇德霍夫(Thomas C. Südhof)博士,肯定他們發現細胞內囊泡(vesicle)運輸的分子機制。此過程和胞器形成、營養物質吸收、荷爾蒙分泌和神經傳導物質釋放有密切關係,例如細胞製造胰島素後如何分泌,以及神經細胞如何釋放出神經傳導物質等。三位獨具慧眼,謝克曼以酵母菌為材料,發現許多和囊泡運輸相關的基因;羅斯曼揭開囊泡與目標結合所需的蛋白;蘇德霍夫則發現訊息如何正確調控囊泡的運送。從分子遺傳學、生化及神經科學等不同的角度抽絲剝繭,化繁為簡提出理論進而實證,揭開整個反應的核心機制。

囊泡運蛋白質 機制費解

細胞有如一大工廠,內有許多部門,蛋白質於核糖體製造後,將運往其它胞器,如高爾基氏體、內質網等,做進一步的修飾、包裝,再運往標的胞器或從細胞膜分泌出。囊泡有如一小卡車,將原製品送往各部門包裝處理。1970 年, 現代細胞生物學鼻祖派拉德(George Palade)博士,已發現於胞器間運送蛋白質的現象,囊泡能運送蛋白質,這些囊泡從胞器的膜上形成,釋放後能和目標的細胞膜融合,不一樣的囊泡,將蛋白質運送到不一樣的目標。1974 年,三位洛克菲勒學者,派拉德、克勞迪(Albert Claude)及迪杜佛(Christian de Duve)醫師,也因發現「細胞內部構造及功能」的傑出貢獻,共同榮獲諾貝爾生理醫學獎。然而研究人員對囊泡如何形成、如何調控、何去何從,以及如何和目標細胞膜融合等細節並不明瞭。

羅斯曼及謝克曼深深地被這些問題所吸引住。羅斯曼選擇傳統生化方法,將細胞打破後,在試管中建立一分析的方法,藉由重新組成的技術,找出和此運送過程相關的物質。但當時一般皆相信,囊泡的運輸過程和位置有關,並沒有專一性,俗云:「近水樓台先得月」。若羅斯曼將細胞打破,細胞內部空間結構會改變,囊泡將找不到運送標的,因此當時這個想法並不受審查委員青睞。謝克曼是生化及電子顯微鏡專家,利用酵母菌遺傳學的方式,嘗試找出和細胞膜間運輸有關的基因。當時申請研究經費時,審查委員認為:第一、謝克曼沒有操作酵母菌的經驗,第二、不認為酵母菌運輸蛋白質的模式能應用到人類細胞上。因此當時審查委員也沒有通過他研究經費的申請。而即使羅斯曼和謝克曼的思考邏輯都不被當時接受,兩位科學家仍堅持己見繼續努力。【更詳細的內容,請參閱第528期科學月刊】

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