瑞典皇家科学院于10月6日宣布,2004年诺贝尔化学奖授予两名以色列科学家和一位美国科学家,以表彰他们有关蛋白质死亡机制的研究工作。

这三位得主分别是现年57岁的阿龙 · 切哈诺沃(Aaron Ciechanover)博士和67岁的阿夫拉姆 · 赫什科(Avram Hershko)博士,两人均为以色列工学院的生化教授;以及78岁的欧文 · 罗斯(Irwin Rose),目前任职于美国加州大学欧文分校,他们将分享130万美元的奖金。

与绝大多数领域一样,现代生物学更多地关注生物体是怎样形成和产生的:即细胞如何识别DNA编码蓝图,以及怎样获取这些信息在分子工厂生产蛋白质。而这三名科学家却从另外一个角度对细胞功能进行研究:即细胞如何将损伤的蛋白质或仍保留有活性的蛋白质降解。

已经证实细胞的监控职责不只是将碎片清除,而是以一种准确的程序化方式运作。特异蛋白质的快速清除提示细胞何时开始分裂,何时打开或关闭各种功能以及何时死亡。了解蛋白质的降解过程有助于理解为什么这种处理过程一旦发生故障,各种人体疾病就会紧跟着出现,包括囊性纤维化、帕金森病以及许多种类的癌症都可能发生。

耶鲁大学分子生物物理和生物化学教授马克 · 霍克斯特拉斯尔(Mark Hochstrasser)博士说:“蛋白质的清除几乎对于任何一个研究者所研究的细胞发育进程都至关重要,尽管10年前人们很少意识到它的重要性。那时的焦点只是集中于蛋白质是如何制造的,在25年多的时间里,人们对蛋白质的降解所知甚少或者没有任何研究成果。从事这方面的研究工作是相当冒险的。”

然而赫什科和罗斯都对细胞内的清除过程有着浓厚的兴趣。罗斯说:“我那时意识到细胞内的清除过程是一个很重要的问题,当时世界范围内还有其他一些研究者在从事这方面的工作。”

20世纪50年代的实验显示,绝大多数分解蛋白质的酶类都不需要借外来能量来履行功能,包括那些对机体摄入食物进行消化的酶,而在细胞内蛋白质的自身降解却需要消耗能量。这个问题让科学家们困惑不已。

1975年科学家们发现了另外一种似乎与蛋白质降解不相关的现象。他们从小牛胰脏中发现了一种小分子蛋白质,仅由76个氨基酸组成。随后,科学家们在比细菌进化程度更高的各种生物体内,从真菌、酵母菌、蛙到人类的所有组织中均发现了这种蛋白质。因此,他们给这种无处不在的蛋白质起了一个名字:泛素。但是,当时人们对泛素的功能一无所知。

20世纪70年代晚期,罗斯和赫什科在一次会议中相遇,相互交谈中才了解到他们正从事同一个问题的研究。从那以后他们便开始合作,赫什科还访问了罗斯工作的地方——美国费城的福克斯 · 切斯癌症研究中心(Fox Chase Cancer Center)。当时切哈诺沃还是赫什科的研究生。

20世纪80年代早期,这三位科学家在研究报告中指出,泛素是一种分子标签,细胞将其贴于要销毁的蛋白质上,这一需要消耗能量过程被形象地称为“死亡之吻"。这一突破性发现从而解决了早期一直困扰科学家的问题,就是为什么细胞内蛋白质的降解需要消耗能量。贴上标签的蛋白质很快被送往细胞中名为蛋白质酶体的“垃圾桶”中,并在那里被切碎、分解,然后进入再循环,合成新的蛋白质。

瑞典皇家科学院在所引用的材料中提及,该降解过程在机体疾病免疫防御系统中扮演着重要的角色,而且在细胞分裂、DNA修复及对新产生的蛋白质进行质量控制上起着关键性的作用,并赞誉他们的研究工作“独辟蹊径"。

哈佛大学的生物学教授丹尼 · 费雷(Daniel Finley)博士谈及这一发现时举例说,其实在细胞分裂过程中,蛋白质的降解便发挥了重要的功能。因为在细胞分裂的每一时期中,一种名为周期素的蛋白质都发生了变化。“这些不同种类的蛋白质提示细胞处于细胞周期的哪一阶段,而从细胞周期的一个阶段过渡到另一个阶段的过程中,先前的周期素蛋白必须迅速清除掉。”

在人类基因组的3.5万个基因中,大约有1000个基因直接参与泛素系统。但费雷补充说:“基因组中大部分基因都与这条通路相关"。除此以外,费雷还指出,最初被确定为肿瘤抑制基因的某些基因现在看来也可能参与泛素系统。

去年,美国食品和药品监督管理局批准了一种名为Velcade的药物,该药可以干扰蛋白酶体的功能,用于多发性骨髓瘤的治疗。

2004年诺贝尔化学奖宣布现场

赫什科(左)与切哈诺沃

罗斯在10月6日凌晨两点接到来自瑞典的电话,通知他获奖的消息。“我不得不说,这件事情太有趣了,”他说,“主要问题是电话老在不停地响,而我们一直等待孩子们的来电总打不进来。”切哈诺沃告诉《联合报》的记者:“我很高兴我还记得英语,并且可以第一时间在电话里交谈。当时,我觉得我已经不是我自己了”。

而赫什科却没能接到官方电话。因为10月6日是以色列的假日,他和家人当时正在游泳池。“我和四个外孙女在外度假”,他说,“然后我一个堂兄从收音机里听到消息后打电话告知我。”

这是以色列人第一次获得自然科学类诺贝尔奖。尽管此前以色列人曾获得过和平奖和文学奖。切哈诺沃说:“我为我的祖国感到骄傲,也为我自己感到自豪”。