蘭迪·謝克曼

蘭迪·謝克曼

蘭迪·謝克曼1948年生於美國明尼蘇達州聖保羅市,先後就讀於加州大學洛杉磯分校和史丹福大學,1974年在那兒他獲得了博士學位。導師是著名的阿瑟·科恩伯格教授(1959年獲得諾貝爾獎)。1976年,謝克曼任職於加利福尼亞大學伯克利分校,目前他是該大學分子和細胞生物學系教授,併兼任霍華德·休斯醫學研究所研究員。曾任《美國國家科學院院刊》主編。1992年當選美國國家科學院院士。2002年與詹姆斯·羅思曼因對細胞膜傳輸的研究獲拉斯克基礎醫學獎。2013獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

基本信息

早年

謝克曼出生在明尼蘇達州聖保羅,是福特車推銷員薩姆·謝克曼和老師南希的孩子。他於1971年在洛杉磯加州大學獲得分子科學學士學位。期間他作為交換生在蘇格蘭愛丁堡大學度過了第三學年。1975年他因為對DNA複製的研究在史丹福大學獲博士學位。

研究

蘭迪·謝克曼 蘭迪·謝克曼

謝克曼自1991年以來一直是霍華德·休斯醫學研究所的研究員。在伯克利加州大學謝克曼實驗室進行了關於真核細胞中關於膜組件和囊泡運輸過程的分子描述的實驗。在此之前,他是該校生物化學系的一名教師。

謝克曼的研究主要是基於酵母菌。在加利福尼亞大學聖地牙哥分校做博士後研究時,導師本來研究的是哺乳動物細胞膜,但謝克曼考慮到酵母菌更易培植,便轉而研究酵母。酵母菌與人類細胞差別較大,他的研究資助申請最初被駁回,但他堅持下來得到成功。

諾貝爾獎

蘭迪·謝克曼與史丹福大學詹姆斯·E·羅斯曼,以及在史丹福大學任職的德國科學家托馬斯·聚德霍夫共同獲得了2013年度諾貝爾生理學或醫學獎。

三位科學家發現了細胞中囊泡像船隊一樣運送貨物至精確目的地的作用方式,這對大腦溝通方式、激素釋放和部分免疫系統至關重要。

蘭迪·謝克曼發現了酵母菌中調節細胞囊泡運輸機制的基因,揭示三個基因的突變導致了“類似於糟糕的公共運輸系統的狀況”。

獲獎過程

2013年10月7號17時30分(台北時間),揭曉2013年年諾貝爾生理學或醫學獎的發布會按慣例在卡羅琳醫學院“諾貝爾大廳”舉行。諾貝爾獎評選委員會秘書長戈蘭·漢松宣布了獲獎者名單和獲獎原因。

諾貝爾獎評選委員會在聲明中說,這三位科學家的研究成果解答了細胞如何組織其內部最重要的運輸系統之一——囊泡傳輸系統的奧秘。謝克曼發現了能控制細胞傳輸系統不同方面的三類基因,從基因層面上為了解細胞中囊泡運輸的嚴格管理機制提供了新線索;羅思曼20世紀90年代發現了一種蛋白質複合物,可令囊泡基座與其目標細胞膜融合;基於前兩位美國科學家的研究,祖德霍夫發現並解釋了囊泡如何在指令下精確地釋放出內部物質。

諾貝爾獎評選委員會說,三位獲獎者的研究成果揭示了細胞如何在準確的時間將其內部物質傳輸至準確的位置,揭示出細胞生理學的一個基本過程。

2013年諾貝爾生理學或醫學獎獎金共800萬瑞典克朗(約合120萬美元),獲獎的三位科學家將平分獎金。本報綜合訊息。

社會評價

簡英奇·亨特

“這些美妙的發現對了解人體非常重要,同時對神經系統疾病、糖尿病和免疫失調等各器官疾病的研究有顯著意義。”瑞典卡羅琳研究所臨床腫瘤學教授簡英奇·亨特在一個新聞發布會上如是說。

貝爾·維克尼 

新罕布夏州達特茅斯大學分子生物學家貝爾·維克尼認為,這份獎“早就應該來了”。他稱,該獎“反映了一個分子生物學的根本難題,而這些科學家以三種非常不同的方式加以解決。”

宣戰

2013年12月9日,謝克曼投書英國《衛報》,批評學界三大權威期刊-《自然 (期刊)》、《細胞 (期刊)》、《科學 (期刊)》的作為“正在摧毀科學”,並宣布自己的實驗室將“永不投稿”至上述期刊。

來華講學

【“大學堂”頂尖學者講學計畫】著名生物學家蘭迪·謝克曼教授訪問北京大學並作學術演講

5月17日,應北京大學“大學堂”頂尖學者講學計畫的邀請,諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、伯克利加州大學教授、美國國家科學院院士蘭迪·謝克曼教授到訪北京大學,並進行了為期兩天的學術交流。謝克曼教授於2013年因其對細胞囊泡運輸機制的開創性研究而榮獲諾貝爾生理學或醫學獎。此次來到北京大學講學,除了進行兩場公開講座外,謝克曼教授還訪問了北京大學生物動態光學成像中心、生命科學學院、分子醫學研究所的多個實驗室,並與部分北大青年教師和學子進行了座談。本次活動由國際合作部與分子醫學研究所承辦,光華教育基金會提供資助。

5月17日上午,北京大學在英傑交流中心第二會議室舉行蘭迪·謝克曼教授“大學堂”學者授予儀式,以表彰其在學術領域的傑出貢獻。儀式由北京大學分子醫學研究所程和平院士主持,副校長李岩松致辭。李岩松首先介紹了謝克曼教授在學術上所取得的成就和榮譽,並重點介紹了謝克曼教授長期以來在鼓勵青年學子從事學術研究方面所付出的不懈努力。他表示,謝克曼教授對科學的執著鼓舞了許多青年學子在科研道路上堅定信念,而作為一所以研究為導向的大學,北京大學也一直致力於培養學生們的科學精神。不僅學校為他們提供最好的研究資源和條件,同時教師們也總是鼓勵學生要敢於勇往直前和培養創新精神。李岩松預祝謝克曼教授北大講學活動圓滿成功。

致辭結束後,李岩松向謝克曼教授頒發了“大學堂”頂尖學者銅牌和證書。北京大學生命科學學院教授李沉簡和分子醫學研究所所長肖瑞平也分別向謝克曼教授贈送了紀念品。

李岩松向謝克曼頒發“大學堂”頂尖學者銅牌 李岩松向謝克曼頒發“大學堂”頂尖學者銅牌

謝克曼教授在致辭中談到,政府官員應當了解基礎科學的含義及其對社會發展的重要性。他回顧了美國1940年由當時的政府科學顧問起草的一篇文章,該文章認為大學的基礎科學研究是政府投資的主要目標,受政府資助的研究人員在進行科研工作時應當堅持以對科學的熱愛和好奇作為動力,而不應受政府的控制。但如今科學研究不可避免地受到來自政府官員的壓力,並且這種現象在美國日益普遍,謝克曼教授對此表示憂慮。在談到關於科學研究論文水平的評價問題時,謝克曼教授對衡量期刊論文水平的“影響因子”進行了批判。他認為這些核心期刊所謂的專業編輯並未真正理解偉大的科學研究是由什麼構成的,但他們卻掌握著一篇論文是否可以發表的權力。謝克曼教授表示,希望更多的決策者能認識到這一問題,並扭轉目前以“影響因子”衡量論文水平的現狀。

17日下午,謝克曼教授以“生命的物流:細胞是如何包裝和運送蛋白的”為題,在英傑交流中心陽光廳進行了首場演講。分子醫學研究所研究員陳曉偉擔任主持,現場座無虛席。在演講中,蘭迪·謝克曼首先分享了與細胞生物學結緣的經歷,講解了對真核細胞內膜組件和囊泡運輸調節分子解析的過程。最後,謝克曼教授與聽眾討論了目前科研水平衡量標準、激勵制度以及學者價值體系中需要改革等問題。

演講現場 演講現場

蘭迪·謝克曼的科學夢被其10歲時得到的一台玩具顯微鏡所點燃,顯微鏡下的世界激發了蘭迪·謝克曼對生命過程的興趣和探索激情。進入大學以後, 蘭迪·謝克曼對DNA的複製產生了濃厚的興趣,在諾貝爾獎得主Arthur Kornberg的實驗室參與研究DNA複製的機制,並獲得博士學位。謝克曼談道,在這期間有兩項工作對自己產生了重要影響,分別是1967年Mehran Coulian發表了其合成了具有感染性DNA產物的工作,以及兩年後發現的DNA聚合酶在細菌里主要參與的並不是DNA的複製而是DNA的修復。謝克曼從中得到了重要的啟發:生化方法對於研究一種酶的作用機制非常有力,但是要明確這種酶在生物里有什麼生理作用還需要遺傳學的幫助。

完成博士課題後,謝克曼希望將自己研究生期間所學到的知識以及所用到的思維邏輯套用到另一個領域,比如細胞的膜結構是如何組裝的。謝克曼介紹了喬治·帕拉得(1974年諾貝爾醫學或生理學獎得主)的天才型工作。這位諾貝爾獎得主在獲獎演講時回顧了剖析這個分泌通路的歷程,這讓正處於博士後階段的謝克曼意識到,人們對於參與這個極其複雜的過程中的分子一無所知。於是1976年在加州伯克利大學有了自己的獨立實驗室後,謝克曼開始研究這個複雜過程的分子機制。

謝克曼通過用溫度敏感型菌株在高溫致死的基因中尋找可能與囊泡組裝和運輸相關的基因的策略篩選出了一系列參與分泌不同階段的基因。SEC1是其篩選出的第一個基因。在隨後的研究中,謝克曼又篩選出了很多與囊泡運輸相關的基因,但同時他也意識到至此對分泌最開始階段即蛋白進入內質網階段的通道還一無所知。謝克曼使用了一種策略去發現通道分子並發現了SEC61——從酵母到哺乳動物高度保守的位於內質網上最主要的蛋白轉運體。

在1990年左右,謝克曼將自己所有的結果組合在一起,基本繪製出了在酵母中分泌囊泡運輸中所需要的分子,然而這些分子具體的作用是什麼卻還不得而知。謝克曼意識到這時應該把生化手段套用進來了,即將細胞破裂,將細胞膜和胞漿分離開來,看看在試管里之前發現的分子可以發生怎樣的化學反應。將遺傳學和生物化學結合起來的先驅為加州理工學院的微生物遺傳學家Robert Edgar以及他的博士後William Wood,解析噬菌體的組裝過程使得謝克曼確信可以用生化的方法在體外再現細胞內發生的反應,由此可以剖析一個複雜生物過程的每一步反應。隨後,謝克曼解答了通過遺傳學方法篩出的一系列sec基因在囊泡運輸不同階段包括囊泡從內質網出芽、融合至高爾基體等不同過程中發揮的作用。COPII是謝克曼對他所發現的包裹在ER出芽囊泡外衣殼的命名。謝克曼指出,這些基因高度保守並在哺乳動物中都有同源基因,同時還在人類中發現了這些基因突變引起的疾病。

最後,謝克曼談了目前所謂的三大精英學術期刊對於科學研究的扭曲影響。他認為這三大學術期刊鼓勵科研人員走捷徑,研究華而不實的東西,而不是對人類和社會真正有用的東西。同時謝克曼也抨擊了目前評價期刊水平的影響因子,指出引用多少並不能真正反映論文的質量,有時候引用多僅僅是因為吸引研究,甚至有可能是錯的。

在報告結尾,謝克曼介紹了自己所創期刊 eLife的創刊願景——支持年輕科學家、免費閱讀、一線科學家審稿、不追求影響因子等。他呼籲期刊雜誌、學者、行政機構、基金不要被影響因子所困。

5月18日,蘭迪·謝克曼教授的第二場講座在北京大學金光生命科學大樓101報告廳舉行,肖瑞平主持。講座中,謝克曼以“蛋白和RNA在哺乳動物中的非常規分泌”為題與北大師生分享了近期(2013年獲諾貝爾獎之後)在兩種不用的非常規分泌研究中取得的進展以及研究經歷。第一項為研究經典的COPII衣殼如何適應一些較為特殊的蛋白分泌如非常大的前膠原蛋白;第二項是對外排體(exosome)介導的miRNA分泌的研究。

1、哺乳動物中蛋白的非常規分泌

謝克曼首先講解了COPII的構造及原理,並提出雖然前膠原蛋白的分泌可能也依賴COPII,但是卻不知道COPII是如何調整來與如此巨大的貨物匹配。接著他介紹自己的一位同事在研究泛素化酶GUL3時發現在Hela細胞中過表達接頭蛋白KLHL12時,SEC31的泛素化會大大增加,同時會在細胞內積累巨大的COPII囊泡,並且通過免疫螢光發現KLHL12和COPII囊泡共定位。於是,謝克曼猜測可能是KLHL12參與的SEC31泛素化介導了COPII囊泡匹配巨大的前膠原蛋白。謝克曼實驗室通過一系列實驗發現SEC31、KLHL12和前膠原蛋白這三者確實有共定位。於此同時,他們也對這些共定位的位置做了電鏡連續切片,驗證了這確實是與其它細胞器完全分離的、有衣殼蛋白包裹的、微米級別的大囊泡。

謝克曼指出,雖然發現了KLHL12泛素化SEC31可以形成巨大的COPII囊泡介導前膠原蛋白的分泌,但是還是未能揭示泛素化的SEC31形成巨大囊泡的分子機制,他們將繼續探索這一問題。

2、哺乳動物中RNA的非常規分泌

一直以來,外排體在高等生物中非常常見,但是對於它的功能、包裝的機制所知甚少。為了更好地研究外排體,謝克曼介紹了他們實驗室發展出的三步法純化外排體並證實了其有效性。

接著,謝克曼實驗室分別對HEK293細胞和該細胞分泌的外排體中的小RNA進行了測序,發現大多數小RNA同時存在於外排體和細胞內,且一般在細胞內含量會更多,但是有少數miRNA在外排體中富集,尤其是miRNA223和miRNA144。由此,他們猜測外排體在包裹RNA的過程中應該發生了分選的事件,有可能是RNA結合蛋白參與了這個分選過程。以往對外排體生成機制的研究往往會在細胞里去操作一些基因的表達,然而,在細胞里會發生非常多的生物過程,往往很難確定一個基因對於外排體生成是直接的還是非直接的影響。於是謝克曼實驗室又發展出在試管中生成外排體的實驗體系。謝克曼實驗室對三步法純化的細胞分泌的外排體以及在試管中生成的外排體做了YBX-1的WB免疫印跡實驗,驗證了YBX1確實存在於在外排體中,並介紹了miRNA是如何被選擇包裝進外排體的問題。

最後,謝克曼再次呼籲不要被影響因子所困,科學各界應該冷靜鼓勵研究一些真正有意義的科學問題。

個人觀點

對轉基因食品的負面態度是對技術的無端恐懼,是毫無根據的恐懼。

2013年諾貝爾獎獲獎名單

獎項 獲獎者 獲獎理由
諾貝爾生理學或醫學獎 詹姆斯·羅斯曼 |蘭迪·謝克曼 |托馬斯·祖德霍夫| 他們的研究成果解答了細胞如何組織傳輸。
諾貝爾物理學獎 弗朗索瓦·恩格勒 | 彼得·希格斯 希格斯玻色子的理論預言獲獎。
諾貝爾化學獎 馬丁·卡普拉斯 | 麥可·萊維特 | 亞利耶·瓦謝爾 給複雜化學體系設計了多尺度模型。
諾貝爾和平獎 禁止化學武器組織 “因其為消除化學武器而做出的廣泛努力”。
諾貝爾文學獎 愛麗絲·門羅 “以其精緻的講故事方式著稱,清晰與心理現實主義是門羅的寫作特色。”
諾貝爾經濟學獎 尤金·法馬 | 拉爾斯·皮特·漢森 | 羅伯特·席勒 對“資產價格的經驗主義分析”作出的貢獻。

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