2009年诺贝尔生理学或医学奖

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 2009年诺贝尔生理学或医学奖 张卓鹏 　(江苏省南通市二甲中学　226321) 　赵明东 　张明峰 　(山东省肥城市龙山中学　271600) 　　2009年 10月 5日 ,诺贝尔生理学或医学奖授予了 美国加利福尼亚旧金山大学的伊丽莎白 ·布莱克本、 美国巴尔的摩约翰霍普金斯医学院的卡罗尔 ·格雷 德、美国哈佛医学院的杰克 ·绍斯塔克。这次获奖的 3人中 ,伊丽莎白 ·布莱克本和卡罗尔 ·格雷德都是 女性。迄今为止的 195名诺贝尔生理学或医学奖的获 得者中 ,包括她们 2人才只有 10名女科学家 ,是首次 由两名女性同时摘得这一桂冠。3名科学家的研究推 进了人类对细胞的了解 ,进一步揭示了遗传病等疾病 的发病机制 ,他们的研究对癌症和衰老研究具有重要 的意义。 1　颁奖词节选 “今年的诺贝尔生理学或医学奖颁给 3名科学家 , 他们解决了生物学的一个重大问题 :在细胞分裂时染 色体如何完整地自我复制以及染色体如何受到保护以 免于退化。这 3名诺贝尔奖获得者已经向我们展示 , 解决办法存在于染色体末端———端粒 ,以及形成端粒 的酶———端粒酶。” “携带基因信息的 DNA线状长分子挤压形成染色 体 ,端粒就像一顶高帽子置于染色体头上。伊丽莎白 ·布莱克本和杰克 ·绍斯塔克发现端粒的一种独特 DNA序列能保护染色体免于退化。卡罗尔 ·格雷德 和伊丽莎白 ·布莱克本则确定了端粒酶 ,端粒酶是形 成端粒 DNA的成分。这些发现解释了染色体的末端 是如何受到端粒的保护的 ,而端粒是由端粒酶形成 的。” “如果端粒缩短了 ,细胞就会老化。相反 ,如果端 粒酶的活动显著 ,端粒的长度也就能得以保持 ,并且细 胞衰老也将延后。癌细胞就是一个例子 ,癌细胞被认 为是具有永久生命力的。相反 ,某些特定的遗传疾病 , 会出现一些有缺陷的端粒酶这样的特征 ,导致损害细 胞。对此诺贝尔奖颁给这一细胞基本机制的发现 ,这 一发现有助于新的治疗措施的发展。” 2　获奖者介绍 2. 1　伊丽莎白 ·布莱克本 　伊丽莎白 ·布莱克本是 一名生化与分子生物学家 ,她在 DNA和细胞分裂方面 进行了开创性研究 ,这为弄清楚生命的化学基础提供 了新的研究方法。 伊丽莎白·布莱克本拥有美国和澳大利亚双重国 籍 , 1948年 11月出生在澳大利亚霍巴特 ,其父母都是 内科医生 ,她从小受到了父母的影响而对医学和生物 学产生浓厚的兴趣。她 1971年获得墨尔本大学理科 硕士学位 ,之后前往英国剑桥大学深造 , 1975年获得 分子生物学博士学位。到美国后 ,她展开了端粒研究。 1978年 ,伊丽莎白·布莱克本成为美国加州大学伯克 利分校的助理教授 ,正是在这所大学工作期间 ,取得了 有关染色体和 DNA的开创性发现。目前她是旧金山 大学莫里斯·赫尔兹斯坦生物学和生理学教授。 伊丽莎白 ·布莱克本因学术成就卓著曾被美国 《时代》周刊评为年度全球最具影响力的 100个人物之 一。 2. 2　卡罗尔·格雷德　卡罗尔·格雷德 1961年出生 在美国的圣地亚哥 ,距离加州大学戴维斯校区不远 ,她 的父亲是该校的物理学教授。 卡罗尔·格雷德 1987年在加州大学伯克利分校 获得分子和细胞生物学博士学位。在美国冷泉港实验 室完成博士后研究后 ,她于 1997年被约翰霍普金斯医 学院分子生物学和遗传学系任命为教授。 卡罗尔·格雷德同伊丽莎白·布莱克本共同发现 了端粒酶 ,这种酶有助于端粒保持长度和完整。她俩 与杰克 ·绍斯塔克一起 ,因基础性医学方面的出色研 究而在 2006年获得美国艾伯特 - 拉斯克医学奖。 2. 3　杰克·绍斯塔克　杰克·绍斯塔克 1952年出生 在英国 ,在加拿大长大。他曾在蒙特利尔麦吉尔大学 学习 , 1977年在美国纽约伊萨卡康奈尔大学获得博士 学位。自 1979年起 ,杰克·绍斯塔克一直在美国哈佛 医学院工作 ,目前是波士顿马萨诸塞州综合医院遗传 学教授。他还供职于哈佛休斯医学研究所。 杰克 ·绍斯塔克在遗传学领域做出了开创性贡 献。他努力制造出一种按照达尔文理论进化的、自我 复制的原生细胞 ,来研究生命起源和最初的演化。 3　成果解读 衰老是一种多基因的复合调控过程 ,现为染色 体端粒长度的改变、DNA损伤 (包括单链和双链的断 裂 )、DNA的甲基化和细胞的氧化损害等。这些因素 的综合作用 ,才造成了寿命的长短。人类的细胞并不 能无限制地重复分裂 ,在分裂 50～60次后便会停止。 “程序假说”认为 :随着细胞重复分裂 ,会使端粒缩短 到一定的长度 ,从而使细胞最终停止分裂。细胞不再 继续分裂的机体组织 ,便呈现出衰老和机能低下的状 态。 3. 1　端粒及其作用　早在 20世纪 30年代 ,赫尔曼 · ·07· 生物学教学 2010年 (第 35卷 )第 3期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 穆勒 (Hermann Muller, 1946年诺贝尔生理学或医学奖 获得者 )和巴巴拉 ·麦克林托克 (Barbara McClintock, 1983年诺贝尔生理学或医学奖获得者 )就观察到了染 色体末端的结构 ,即所谓的端粒 ( telomere)。 端粒是真核细胞内染色体末端的 DNA重复片断 , 经常被比做鞋带两端防止磨损的塑料套 ,具有防止染 色体末端融合和 DNA降解的作用。端粒由 - 些碱基 的重复序列和许多蛋白质组成 ,比如人端粒由 6个碱 基重复序列 ( TTAGGG)和结合蛋白构成。不同个体的 端粒初始长度差异很大 ,在人中大约为 15kb,在大鼠 中可长达 150kb,在小鼠中一般在 5～80kb之间变化 , 而在尖毛虫中只有 20bp。 在所有的有机体中 ,端粒 DNA的长度总是随着外 界环境而波动变化的。在人体中 ,随着细胞的持续分 裂 ,端粒会缓慢缩短。细胞培养研究表明 ,当端粒再也 无法保护染色体免受伤害时 ,细胞就会停止分裂 ,或者 变得不稳定。染色体复制的上述特点决定了细胞分裂 的次数是有限的 ,端粒的长度决定了细胞的寿命 ,故而 被称为“生命的时钟”。 布莱克本在研究原生动物四膜虫 ( Tetrahym ena)的 染色体时 ,证实在染色体的末端的一个 DNA序列可以 多次重复。在 1980年的一次研讨会上 ,布莱克本 了她的发现。其研究结果引起了绍斯塔克的兴趣。于 是 ,他们进行了一项在遥远物种之间的跨界的实验。 布莱克本从四膜虫的 DNA中分离出了 CCCCAA 序列。而绍斯塔克把这个序列复制到微型染色体中并 把它们放回酵母细胞内。布莱克本和绍斯塔克证明了 以前未曾认识到的重大机理的存在 ,并在 1982年 5月 的《细胞》杂志的论文中阐述了端粒的作用 :在端粒中 有一个特定的 DNA序列保护染色体不被降解 ,保护染 色体免于退化。 3. 2　端粒酶及其作用　1984年的圣诞节 ,作为研究生 的格雷德和其导师布莱克本在一种细胞提取物中 ,发 现了酶活性的迹象 ,随后将其提纯 ,证明它由 RNA和 蛋白质构成 ,格雷德和布莱克本把这种酶命名为端粒 酶。此后 ,在原生动物尖毛虫 (Oxytricah)、游仆虫 ( Eu2 plotes)及人的 Hela细胞中都证实了端粒酶的存在。端 粒酶是使端粒延伸的反转录酶 ,是由 RNA和蛋白质组 成的核糖核酸 - 蛋白复合物。端粒酶含有引物特异识 别位点 ,能以自身 RNA为模板 ,其蛋白组分具有活性 , 能催化合成端粒 DNA并加到染色体末端 ,使得因每次 细胞分裂而逐渐缩短的端粒长度得到补偿 ,进而稳定 端粒长度 ,从而延长细胞的寿命甚至使其永生化。端 粒酶的主要特征是用它自身携带的 RNA作模板 ,通过 逆转录合成 DNA。 3. 3　端粒、端粒酶活性机制发现的意义 　布莱克本、 格雷德和绍斯塔克的发现为我们理解细胞、探索疾病 的机理和促进研发潜在的疾病新疗法增添了全新的视 角 ,有助于攻克医学领域三大难题———“癌症、特定遗 传病和衰老”。 卡罗林斯卡医学院发布的新闻公报说 ,这 3名科 学家的发现“解释了端粒如何保护染色体的末端以及 端粒酶如何合成端粒”。借助他们的开创性工作 ,如今 人们知道 ,端粒不仅与染色体的个性特质和稳定性密 切相关 ,而且还涉及细胞的寿命、衰老与死亡等等。简 单地说 ,端粒变短 ,细胞就老化。相反 ,如果端粒酶活 性很高 ,端粒的长度就能得到保持 ,细胞的老化就被延 缓。 经研究发现 ,如果端粒酶缺陷 ,可以引起某些遗传 性的皮肤病、肺病和某种先天性再生障碍性贫血等疾 病的出现。以 3名科学家的研究成果为基础 ,可以开 发有关血液、皮肤和肺部疾病的疗法。 而大约 90%的癌细胞 ,都有着不断增长的端粒以 及相对来说数量较多的端粒酶。癌细胞正是利用增强 的端粒酶活性 ,表现出永久生命力的。如果能够用去 除端粒酶的方式 ,摧毁具有这么高活动性的细胞 ,那就 可能治疗癌症。目前一些科学家正在研究是否能用药 物遏制癌细胞的端粒酶。 不过需要指出的是 ,近年来陆续有研究发现 ,端粒 和染色体等虽然与细胞老化有关 ,进而影响衰老 ,但并 非唯一的因素 ,“生命衰老是一个非常复杂的进程 ,它 有许多不同的影响因素 ,端粒仅仅是其中之一”。 有丝分裂各期特点的浓缩记忆 沈学华 　(江苏省淮安市楚州中学　223200) 陶文凤 　(江苏省淮安外国语学校　223200) 　　间期染复姐妹生 ,染数不变 D倍增 ; 前期两消二体现 ,染乱分布纺中间 ; 中期点列赤道面 ,染形和数清晰见 ; 后期点裂姐妹分 , D数不变染倍增 ; 末期两现二体消 ,染 D平分到子胞 ; 植动分裂有差异 ,在于胞板中心粒。 (注 :染———染色体 ;复———复制 ;姐妹———姐妹染 色单体 ; D———DNA 分子 ; 两———核膜和 核仁 ; 二 体———染色体和纺锤体 ; 纺———纺锤体 ; 点———着丝 点 ;赤道面———赤道板平面 ;胞板———细胞板。) ·17·生物学教学 2010年 (第 35卷 )第 3期