2019年诺贝尔生理学或医学奖获得者简介(附获奖原因)

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10月7日消息,2019年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:美国科学家William G。Kaelin,Jr。,英国科学家Sir Peter J。Ratcliffe,美国科学家Gregg。L。Semenza获奖,获奖理由:发现了细胞怎么可否感知以及对氧气供应的适应性。

获奖因为:

动物时要氧气不可否把食物转化为有用的能量。几次世纪以来,我门歌词 歌词 歌词 后后对氧的重要性有所了解,但细胞怎么可否适应氧水平的变化一直是未知的。威廉·凯林、彼得·拉特克里夫爵士和格雷格·塞门扎发现了细胞怎么可否感知和适应氧供应的变化。我门歌词 歌词 歌词 发现了细胞在应对不同水平的氧气时,调节基因活动的分子机制。

这些 重大发现揭示了生命中最重要的适应性机制之一,为我门歌词 歌词 歌词 儿理解氧水平怎么可否影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。我门歌词 歌词 歌词 的发现有的是望为对抗贫血、癌症和一点一点疾病的新策略铺平道路。

至关重要的氧气

氧气(化学式为O2)约占地球大气的五分之一,对动物而言具有不可或缺的作用。几乎所有动物细胞中的线粒体还会利用氧气将食物转化为有用能量。1931年诺贝尔生理学奖或医学奖获得者奥托·瓦尔堡揭露了该过程是这些 酶促反应。

生物在进化过程中逐渐演化出了这些 机制,确保组织和细胞不不可否获得宽裕的氧气供应。两侧颈部大血管附进的颈动脉体含高高一点特殊细胞,不不可否感知血液中的氧气水平。1938年诺贝尔生理学奖或医学奖得主科奈尔·海门斯发现了颈动脉体感知到的血氧水平怎么可否与大脑直接交流、进而控制呼吸传输数率。

缺氧诱导因子(HIF)初露头角

除了在颈动脉体控制下对低氧水平(即缺氧)做出越快了 了 适应之外,生物体内还发生其它基本的生理适应机制。在缺氧条件下的关键生理反应之一,便是这些 叫华红细胞生成素(EPO)的激素水平会有所上升、进而生成更多红细胞。科学家早在20世纪初就后后了解了激素控制红细胞的重要性,但该过程究竟怎么可否受氧气水平所控制,却一直是个未解之谜。

格雷格·萨曼萨研究了红细胞生成素基因、以及不同的氧气水平对该基因的调节过程。利用基因经过修改的小鼠开展的研究显示,发生红细胞生成素基因旁边的特定DNA碎片不不可否调节生物体在缺氧条件下的反应。彼得·拉特克里菲爵士也研究了红细胞生成素基因依赖于氧气所做的调节。两支研究团队均发现,几乎所有组织中都发生氧气感应机制,不仅仅是通常生成红细胞生成素的肾脏细胞中才有。研究发现,该机制在一点细胞类型中广泛发生、且均能发挥作用。

萨曼萨希望能弄清负责调节该反应的细胞成分。他在人工培育出的肝脏细胞中发现了这些 蛋白质复合体,不不可否依赖于氧气、与上述DNA碎片相结合。他将该复合体称作“缺氧诱导因子”(HIF)。在此基础上,他开展了少许研究工作,致力于HIF复合体的提纯。1995年,萨曼萨发表了一点关键发现,包括为HIF编码的基因。他发现,HIF含高高这些 不同的、不不可否与DNA结合的蛋白质,即所谓的转录因子,现名为HIF-1α和ARNT。如今,研究人员终于能结束着手揭开这些 谜团了。我门歌词 歌词 歌词 将借此进一步弄清该机制中还涉及哪几种细胞成分、以及该机制的运作依据。

VHL:意想没法的商务合作伙伴

当氧含量很高时,细胞的HIF-1α含量急剧下降。然而,当氧含量很低时,HIF-1α的数量增加,使其能没法结合基因位点,从而调节促红细胞生成素(EPO)基因以及一点基因与HIF结合DNA片段。一点研究表明,HIF-1α通常会越快了 了 降解,但缺氧会对其起到保护作用。在正常氧含量下,称为蛋白酶体的细胞器会降低HIF-1α的含量。在这些 具体情况下,有有另一个名为泛素(ubiquitin)的多肽会添加到HIF-1α蛋白质中。泛素是蛋白酶体降解蛋白的标记,它是怎么可否在依赖氧的条件下结合HIF-1α的,仍然是该领域的核心疑问之一。

答案来自有有另一个意想没法的方向。大概在Semenza和Ratcliffe研究EPO基因调控的一齐,癌症研究者William Kaelin Jr。正在研究这些 遗传综合征——希佩尔-林道综合征(Von Hippel–Lindau disease,VHL综合征)。这些 疾病会因为遗传性VHL基因突变的家庭中一点癌症的风险显著增加。

Kaelin证明,VHL基因编码了这些 能没法预防癌症的蛋白质,并发现缺陷VHL功能基因的癌细胞表达了异常高水平的低氧调节基因。否则,当VHL基因被重新引入癌细胞时,氧含量又恢复了正常水平。这是每根重要的线索,表明VHL在这些 程度上参与了对缺氧反应的控制。

几次团队的更多研究表明,VHL是以泛素标记蛋白质的复合体的一偏离 ,标记它们在蛋白酶体中的降解。Ratcliffe和他的研究小组取得了有有另一个重要发现,证实VHL能没法与HIF-1α相互作用,否则是后者在正常氧气水平下降解所必需的。该发现为HIF-1α与VHL之间发生联系下了定论。

氧平衡的变化

拼图逐渐完整版,但研究人员仍然对氧含量怎么可否调节VHL和HIF-1α之间的相互作用缺陷了解。研究重点在于HIF-1α蛋白质的有有另一个特定偏离 ,而该偏离 对于依赖VHL的蛋白质降解模式至关重要。Kaelin和Ratcliffe怀疑,感知氧含量的关键就在于HIF-1α蛋白质的这些 价值形式域。2001年,两篇一齐发表的文章指出,在正常氧含量下,羟基被添添加HIF-1α有有另一个特定位置(图1)。这些 蛋白质修饰过程被称为脯氨酰羟化,能没法使VHL识别并结合HIF-1α,从而解释了正常氧含量水平怎么可否在氧感知酶,即所谓的缺氧诱导因子脯胺酸羟化酶(HIF prolyl-hydroxylase)的帮助下,快速调节HIF的降解。Ratcliffe等人的进一步研究选折 了起作用的脯胺酸羟化酶,也表明HIF-1α的基因激活功能是由依赖氧含量的羟基化调节的。

当氧含量较低,即缺氧条件下,HIF-1α在细胞核内受到保护并逐渐积累。在细胞核内,HIF-1α与ARNT(芳香烃受体核转位子)一齐结合到缺氧调节基因序列(HRE)上(1)。在正常氧含量下,HIF-1α被蛋白酶体越快了 了 降解(2)。氧通过羟基结合到HIF-1α的过程来调节HIF-1α的降解(3)。VHL蛋白能没法识别并形成有有另一个含高HIF-1α的复合体,因为其以这些 依赖氧的依据降解(4)。当氧含量较低,即缺氧条件下,HIF-1α在细胞核内受到保护并逐渐积累。在细胞核内,HIF-1α与ARNT(芳香烃受体核转位子)一齐结合到缺氧调节基因序列(HRE)上(1)。在正常氧含量下,HIF-1α被蛋白酶体越快了 了 降解(2)。氧通过羟基结合到HIF-1α的过程来调节HIF-1α的降解(3)。VHL蛋白能没法识别并形成有有另一个含高HIF-1α的复合体,因为其以这些 依赖氧的依据降解(4)。

氧气塑造下的生理与病理学

后后今年的诺奖获奖人的工作,我门歌词 歌词 歌词 儿对于不同氧气水平将怎么可否调节一点基础性生理机制有了更加深刻的认识。氧气感知机制让细胞能没法调整本人的新陈代谢水平以适应低氧气环境:比如我门歌词 歌词 歌词 歌词 儿的肌肉组织在剧烈运动过程中的后后。一点由氧气感知机制操控的适应过程还包括血管生成,以及血红细胞的产生等等。我门歌词 歌词 歌词 儿身体的免疫系统以及一点一点生理功能也都受到氧气感知机制的调节。甚至研究还显示,这些 机制在胚胎发育过程中起到关键作用,后后它控制着正常的血管生成以及胎盘发育。

氧感应机制在生理学上具有重要意义,包括对我门歌词 歌词 歌词 儿的新陈代谢、免疫反应和运动适应能力有的是重要影响。一点病理过程也会受到影响。目前科学家正在努力开发新药,以抑制或激活治疗贫血、癌症和一点疾病的氧调节机制。左:生理学,新陈代谢,运动,胚胎发育,免疫反应,高原适应,呼吸右:病理生理学,贫血,癌症,中风,感染,伤口愈合,心肌梗死氧感应机制在生理学上具有重要意义,包括对我门歌词 歌词 歌词 儿的新陈代谢、免疫反应和运动适应能力有的是重要影响。一点病理过程也会受到影响。目前科学家正在努力开发新药,以抑制或激活治疗贫血、癌症和一点疾病的氧调节机制。左:生理学,新陈代谢,运动,胚胎发育,免疫反应,高原适应,呼吸右:病理生理学,贫血,癌症,中风,感染,伤口愈合,心肌梗死

氧气感知与什么都疾病的发生紧密相关(上图)。比如,后后红细胞生成素表达水平下降,慢性肾衰竭患者常常患有严重的贫血。红细胞生成素是由肾脏细胞产生的,否则正如上文中所提到的那样,对于血液内红细胞的产生起到关键作用。除此之外,这些 氧气调节机制在癌症发生方面也具有重要作用。在肿瘤内内外部,这些 氧气调节机制被用于刺激血管生成并重塑新陈代谢,以便癌细胞实现少许增生。目前,在少许的医学实验室和制药公司内,研究人员正将注意力集中在开发相关药物,用于在疾病的不同阶段去激发,后后抑制这些 氧气感知机制。

获奖者简介:

威廉·凯伦(William G。Kaelin),1957年出生于美国纽约,后后于杜克大学获得硕士学位。他在约翰·霍普金斯大学以及波士顿的丹娜法伯癌症研究院接受了内科与肿瘤学方面的专业训练。他在丹娜法伯癌症研究院建立了本人的独立实验室并于2002年作为全职教授加盟哈佛医学院,并从1998年结束担任霍华德·休斯医学研究所研究员。

彼得·拉特克里菲爵士(Sir Peter J。Ratcliffe),1954年出生于英国兰开夏郡,此后他进入英国剑桥大学冈维尔与凯斯学院攻读医学,并在牛津大学接受肾脏学方面的专业训练。他在牛津大学拥有本人的独立研究团队,并在1996年成为全职教授。他目前担任伦敦弗朗西斯·克里克研究所临床研究部主管,牛津大学目标发现研究所主管,一齐也是路德维格癌症研究所成员。

格雷格·萨曼萨(Gregg L。Semenza),1956年生于纽约,在哈佛大学获得生物应学士学位,还会在宾夕法尼亚大学医学院获得了硕士与博士学位,并受训成为一名儿科专家。他在约翰·霍普金斯大学接受博士后训练,并在那里建立起有有另一个独立研究组。1999年,他成为约翰·霍普金斯大学全职教授,并从2003年结束担任该校细胞工程研究所血管研究项目主管。

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