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2019首个诺贝尔奖揭晓!氧气如何决定我们的命运?揭秘血与氧

日期:2019-10-19 17:31:57

蓝色的字,注意6月21日~

进入经济生活的一切

介绍:北京时间10月7日下午5: 30,2019年诺贝尔生理医学奖揭晓。三名获奖者是来自哈佛医学院达纳-费伯癌症研究所的小威廉·g·凯琳。牛津大学的彼得·j·拉特克利夫(Peter j. ratcliffe)和美国约翰·霍普金斯大学医学院的弗朗西斯·克里克研究所和格雷格·l·塞门扎(gregg l. semenza),表彰他们对细胞如何感知和适应氧供应的发现。他们将分享900万克朗(约合650万元人民币)的奖金。

涞源21世纪商业先驱报(ID: JJBD 21)由科普中央厨房、科技日报、量子比特(ID: QBITI)、知识分子(ID: The-Intellectual)、丁香花园、中共网站等整合而成。

获胜者:

格雷格·塞门兹(美国约翰·霍普金斯大学)

彼得·j·拉特克利夫爵士(英国牛津大学)

William g. kaelin,jr .(美国哈佛大学)

奖励原因:

他们发现细胞如何感知和适应氧气供应。

诺贝尔官员表示,今年的诺贝尔奖得主揭示了生命中最重要的适应过程之一的机制。

他们为我们理解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。

此外,他们的发现为对抗贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。

从那以后有新的治疗癌症的计划吗?

我们知道氧气对人类和动物的重要性。我们每天都呼吸,但我们经常不经意间忽略它的存在。几个世纪以来,人类已经知道了氧气的基本特性,但尚不清楚细胞如何适应氧气的变化。

动物需要氧气将食物转化成有用的能量。多年来,人们已经知道氧气的重要性,但是细胞如何适应氧气水平的变化仍然是未知的。

小威廉. g .凯琳、彼得. j .拉特克利夫爵士和格雷格. l .塞门扎发现了在不断变化的氧气水平下细胞感知和适应的机制。并发现了可以调节基因活性的分子机器来应对这种情况。

今年诺贝尔奖得主的突破性发现揭示了生命中最重要的适应过程的机制。他们为我们理解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也为对抗贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。

氧感应机制是许多疾病治疗的核心。今年的发现对人类生理功能做出了重要贡献,有望为贫血、癌症和其他疾病的治疗提供新的解决方案。

简而言之,理解细胞在分子水平上感知氧的基本原理对于进一步理解肿瘤或癌症的发生非常重要。此外,缺氧与许多疾病有关,如心肌梗塞、中风和周围血管疾病。

轮廓

小威廉·凯利

小威廉·g·凯琳1957年出生于纽约。他在达勒姆杜克大学获得博士学位,并在约翰霍普金斯大学和达纳-费伯癌症研究所接受内科和肿瘤学专业培训。他在达纳-费伯癌症研究所建立了自己的研究实验室,并于2002年成为哈佛医学院的正教授。自1998年以来,他一直是霍华德休斯医学院的研究员。2010年,林熙蕾成为国家科学院的成员。

彼得·拉特克利夫爵士

彼得·j·拉特克利夫爵士1954年出生于兰开夏郡。他在冈维尔大学和剑桥大学凯斯学院学习医学,并在牛津大学接受肾脏学的专门培训。他在牛津大学成立了一个独立的研究小组,并于1996年成为正式教授。他是伦敦弗朗西斯·克里克研究所的临床研究主任,牛津大学目标发现研究所的主任,路德维希癌症研究所的成员。

2014年,他还因提供临床医疗服务而获得英国年度骑士奖。

彼得·约翰·拉特克利夫爵士获得了18项重要的国际和行业奖项。

格雷格·塞门扎

格雷格·塞门扎1956年出生于纽约。他是哈佛大学的生物学士,1984年获得宾夕法尼亚大学费城医学院的医学博士学位,并在杜克大学接受儿科医生培训。他在约翰霍普金斯大学接受博士后培训,在那里他建立了一个独立的研究团队。他于1999年成为约翰·霍普金斯大学的正教授,并自2003年起担任约翰·霍普金斯细胞工程研究所血管研究项目主任。主要重点是儿科、放射肿瘤学、生物化学、医学和肿瘤学。2008年,塞门扎成为国家科学院的成员。

塞门扎因hif-1蛋白的发现而闻名,他的谷歌学者引语接近140,000条。

拉特克利夫的重要发现在于发现了氧传感与信号通路中的关键转录因子缺氧诱导因子(hif)之间的联系,为氧传感机制的整个研究领域奠定了基础。此外,他的研究探索了细胞诱导缺氧浓度的分子机制。缺氧是导致人类疾病的重要因素,包括癌症、心脏病、中风和血管疾病。

卡琳的研究探索了为什么肿瘤抑制基因的突变会导致癌症。他的研究发现一种叫做vhl的肿瘤抑制基因可以调节身体对氧浓度的反应。vhl可以改变下游蛋白质的表达,以调节人体红细胞和新血管的生成,从而应对低氧浓度。Kaelin还发现缺氧诱导因子(hif)是控制这一系列过程的关键蛋白,hif对氧浓度高度敏感。凯林教授一直致力于缺氧对肿瘤的影响。他对视网膜母细胞瘤、von hippel-lindau(vhl)和p53肿瘤抑制因子的研究表明,纠正单一基因缺陷可以产生一定的治疗效果。其中,vhl蛋白的研究在vegf抑制剂成功治疗肾癌中发挥了重要作用。研究小组还证实谷氨酸旁分泌诱导缺氧诱导因子促进乳腺癌癌变。研究结果发表在细胞杂志上。这些研究对一些前沿的创新医学方法具有重要的启发意义,也有望为致命疾病带来新的思路。

塞门扎教授主要研究缺氧在癌症、肺病和心脏病中的作用。自从20世纪90年代hif-1α被发现以来,Semenza和他的研究团队一直从事hif-1α的研究,在不同类型的细胞中寻找大量被这种激活蛋白促进或抑制的基因。

值得一提的是,这三位科学家分享了2016年拉斯克基础医学奖。

他们为什么获奖?

几个世纪以来,人们已经知道氧气的基本重要性,但是细胞如何适应氧气水平的变化还不得而知。今年诺贝尔奖的获奖工作揭示了细胞适应氧气供应变化的分子机制。

今年诺贝尔奖得主的突破性发现解释了生命中最重要的适应过程的机制。他们为我们理解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也为对抗贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平了道路。

这一发现背后的具体原则,诺贝尔奖官方网站也发布了新闻稿,其中文版翻译如下(以下翻译版本来自微信号“量子位”(原诺贝尔奖官方网站请点击此处):

寻找调节基因

众所周知,包括人类在内的大多数动物都离不开氧气。然而,我们对氧气的需求必须达到微妙的平衡。

缺氧,我们会窒息而死;如果氧气太多,我们会再次中毒。

因此,生物体进化出许多微妙的机制来控制氧的平衡。例如,红细胞可以为深埋在组织中的细胞提供氧气。

一旦氧含量过低,身体就会促进红细胞的产生,并将氧浓度保持在合理的范围内。

20世纪90年代,拉特克利夫教授和塞门扎教授想了解这一现象背后的机制。

他们发现一个特殊的dna序列似乎与缺氧引起的基因激活有关。如果这个dna序列插入到其他基因附近,这些基因也可以在缺氧条件下被诱导激活。

换句话说,这个dna序列实际上在缺氧环境中起着调节作用。随后的研究还表明,一旦这一序列发生突变,生物体将会不知如何应对缺氧环境。

随后的研究发现该序列调节细胞中一种叫做hif-1的蛋白质,该蛋白质由hif-1α和hif-1β组成。

缺氧环境下,hif-1可以结合并激活许多哺乳动物细胞中的特定基因。有趣的是,这些基因中没有一个负责促红细胞生成素的产生。这些结果表明,缺氧导致红细胞生成的原因更为复杂。

然而,hif-1在人们后来阐明的调节途径中起着核心作用,调节许多关键基因,包括vegf(能促进血管生成)。

hif-1蛋白的降解

hif-1作为一种关键的调节蛋白,可以在缺氧环境中启动基因表达。在富氧环境中,这种蛋白质会再次降解。这背后是什么机制?没有人认为答案隐藏在一个看似不相关的方向。

让我们转向凯琳教授。当时,他正在研究一种叫做vhl疾病的癌症综合征。他发现在典型的vhl肿瘤中,通常会出现异常的新血管形成。

此外,他还发现了更多的vegf和红细胞生成素。因此,他自然想到缺氧途径是否在这种疾病中起作用。

1996年,对患者细胞的分析表明,一些本应在富氧环境中消失的基因出人意料地大量表达。添加功能正常的vhl蛋白可以逆转这种现象。

进一步的研究表明,vhl蛋白的特殊能力来自一些与VHL蛋白结合的特定蛋白,其中包括一些泛素连接酶。在这种酶的作用下,细胞不需要的蛋白质将被标记为“丢弃”,并被送到蛋白酶体进行降解。

有趣的是,人们立即发现缺氧诱导因子-1α,缺氧诱导因子-1的一个组成部分,在富氧环境中通过这一途径降解。1999年,拉特克利夫教授的团队发现缺氧诱导因子-1α降解需要vhl蛋白。凯琳教授还证明vhl和hif-1α将直接结合。

后来,许多研究者逐渐减少了整个过程——最初vhl在富氧环境中结合hif-1α,并引导后者泛素化降解。

微妙的规则

为什么hif-1α只能在富氧环境中降解?

研究人员进一步分析了hif-1α和vhl的结合区域,发现如果脯氨酸被去除,它会抑制泛素化。这是调节hif-1α的关键!

在富氧环境中,氧原子与脯氨酸的一个氢原子结合形成羟基。这个反应步骤需要脯氨酰羟化酶的参与。

因为这个反应需要氧原子的参与,所以很容易理解为什么缺氧环境下hif-1α不会降解。

揭示生物氧传感途径不仅在基础科学中有价值,而且有望带来创新疗法。例如,如果我们能调节hif-1途径并促进红细胞的产生,我们就有望治疗贫血。干扰hif-1降解可以促进血管生成和治疗循环不良。

另一方面,由于肿瘤的形成不能与新生血管分离,如果我们能降解hif-1α或相关蛋白(如hif-2α),我们有望对抗恶性肿瘤。

目前,类似的疗法已进入早期临床试验阶段。

综上所述,这三位科学家的发现在基础研究和临床应用中具有重要价值。

生物氧感应途径的微妙揭示显示了人类挑战未知的智慧。我们再次祝贺这三位科学家。获得诺贝尔生理医学奖是对他们所做工作的最好认可!

氧气感应工作

生物体感知氧浓度的信号识别系统是生命最基本的功能,但学术界知之甚少。这三位科学家解释了人类和大多数动物细胞在分子水平上感知氧含量的基本原理,揭示了重要的信号机制,为贫血、心血管疾病、黄斑变性、肿瘤等疾病开辟了新的临床治疗途径。

氧是许多生化代谢途径的电子受体。氧感应和氧稳态的科学研究始于红细胞生成素(epo)。缺氧时,肾脏分泌epo刺激骨髓产生新的红细胞。例如,当我们在高海拔地区移动时,由于缺氧,人体的新陈代谢发生变化,新的血管开始生长,产生新的红细胞。这些科学家所做的是找出这种身体反应背后的基因表达。他们发现这个反应的“转换”是一种叫做缺氧诱导因子(hif)的蛋白质,但它的功能远不止转换。

20世纪90年代初,塞门扎和拉特克利夫开始研究缺氧是如何导致促红细胞生成素产生的。他们发现转录增强因子hif不仅随着氧浓度的变化而变化,而且控制epo的表达水平。如果dna片段插入基因旁边,基因将被诱导在缺氧条件下表达。1995年,塞门扎和博士后研究员王光纯化了hif-1,发现它含有两种蛋白质:hif-1α和hif-1β,并证实hif-1通过红细胞和血管生成介导机体在缺氧条件下的适应性反应。

后来,塞门扎和拉特克利夫扩大了缺氧诱导表达基因的类型。他们发现,除了epo之外,hif-1还能结合和激活哺乳动物细胞中代谢调节、血管生成、胚胎发育、免疫和肿瘤过程中的许多其他基因。

此外,他们观察到当细胞转化为高氧状态时,hif-1的数量急剧减少,并且只有当缺氧发生时,该因子才能激活靶基因。hif-1被破坏的原因是什么?答案来自一个意想不到的方向。

冯·希佩尔-林道病(vhl综合征)是一种罕见的常染色体显性遗传疾病。由于缺乏vhl蛋白,vhl患者以多发性肿瘤为特征,涉及许多重要器官,如脑、骨髓、视网膜、肾脏、肾上腺等。典型的肿瘤由不合适的新血管组成。肿瘤学家威廉·凯琳一直试图找出它的病理。然而,在hif纯化后的第二年,kaelin发现vhl蛋白可以通过依赖氧的蛋白水解对hif-1进行负调节。kaelin和ratcliffe随后的研究发现双加氧酶在vhl蛋白识别hif-1中起着重要作用。

Hif控制着人体和大多数动物细胞对氧气变化的复杂而准确的反应。三位科学家逐步揭示了地球生命基石的奥秘。调节缺氧诱导因子途径以达到治疗目的的研究方向正发挥着巨大的潜力,他们的工作正在并将继续造福人类。

近5年诺贝尔生理医学奖获得者

我们为什么关注诺贝尔奖?

2019年“诺贝尔奖周”正式开始。在接下来的几天里,物理奖和化学奖将陆续宣布。

诺贝尔奖已经过了一百年。截至2018年,已经颁发了590个奖项,935个个人或组织获得了奖项。今天,诺贝尔奖一直被认为是各个领域最重要的荣誉之一。

诺贝尔奖的目的是“造福全人类”。奖项背后的研究成果改变了我们的认知和生活。

1961年获得诺贝尔化学奖的美国生物化学家卡尔文发现了植物光合作用的“卡尔文循环”,即植物叶绿体通过光合作用将体内二氧化碳转化为碳水化合物的循环过程,首次揭示了自然界最基本的生命过程。1969年,由获得诺贝尔生理医学奖的德裔美国生物学家德尔布鲁克、美国遗传学家好时和意大利生物学家鲁利亚组成的团队,证明了dna是遗传信息的物质载体,这直接导致了dna双螺旋结构的发现,从而为分子遗传学乃至整个分子生物学奠定了基础。2017年,麻省理工学院的雷纳·韦斯教授、基普·索恩教授和加州理工学院的巴里·巴里什教授因其对激光干涉仪引力波观测台ligo的构思和设计获得诺贝尔物理学奖。他们的概念和设计在探测由两个黑洞结合的引力波信号中发挥了重要作用。人类开始“听到”黑洞...诺贝尔奖的背后是人类认知能力和水平的不断提高。

诺贝尔奖也见证了人类为改变世界和生活条件所做的努力。青霉素的发现使葡萄球菌、链球菌和其他细菌感染疾病的治疗更加有效,挽救了数千万人的生命。半导体的研究和晶体管效应的发现导致了电子学的根本变化,加快了自动化和信息化的步伐。今年诺贝尔生理医学奖得主的开创性发现解释了生命中最重要的适应过程的机制,为我们理解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也有助于对抗贫血、癌症和许多其他疾病。

我们密切关注诺贝尔奖,因为我们每年都关注和了解诺贝尔奖获得者及其研究成果。这是一门集体科普,全社会都在赞美科学精神。

了解更多诺贝尔奖:诺贝尔奖金

照片/虫子

1901年诺贝尔奖首次颁发时,每位获奖者获得150,782瑞典克朗,这是诺贝尔遗嘱所希望的“教授20年的工资”。

然而,从那以后,奖金数额一直在波动,奖金也没有逃脱通货膨胀的影响。它的价值一度下降到原来奖金价值的30%。

直到1991年,奖金才飙升至600万瑞典克朗,相当于1901年的奖金。

在接下来的十年里,奖金逐年增加。2001年,它上升到SEK 1000万英镑,相当于最初奖金价值的144%。

然而,由于诺贝尔基金会的投资收入不佳,奖金在2012年减少到800万瑞典克朗,这将持续到2016年。

2017年,奖金反弹至900万瑞典克朗,相当于原始奖金价值的107%。

根据最新汇率,100瑞典克朗相当于78元人民币。

莫言,2012年获得诺贝尔文学奖的中国作家,获得了相当于750万元的奖金。

当然,诺贝尔奖的意义在于它只是一种额外的奖励。

赢得这个奖项,无论在哪个领域,都将永远记录在人类发展的史册上。

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本期杂志编辑陈思


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