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实至名归!获2021年诺奖的蛋白 结构由中国学者率先解析

2021-10-09 11:30:38    来源:科技日报

“我每年讲课讲到他们都会说他们早晚要得诺奖。”一接通电话,清华大学生命科学院教授杨茂君就告诉科技日报记者,诺奖颁给他们实至名归。

10月4日,2021年诺贝尔生理学或医学奖颁给戴维·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安,以表彰他们在人类感知疼痛和温度机制方面的突出贡献。

可能有人会在心里嘀咕:“这位教授等人家获奖了才说,是不是马后炮。”

别急,先来看一篇学术论文。相关报道显示:清华大学杨茂君与合作者成功解析了机械力敏感非选择阳离子通道蛋白Piezo的三维结构,研究成果2015年发表于世界顶级期刊《自然》杂志,这是Piezo蛋白的结构首获解析。

今年的诺贝尔生理学或医学奖就与Piezo蛋白相关。阿登·帕塔普蒂安在人类几百个细胞膜表面蛋白基因中找到了压力感应基因,并发现了它编码的离子通道蛋白Piezo。这一发现结束了人类对于“触觉究竟是怎么来的”的认知蒙昧状态,并引领了后续大量的相关研究。与阿登·帕塔普蒂安一样,戴维·朱利叶斯的研究回答了人体怎样感觉到热与冷,是什么信号传递给了神经系统,让大脑知道。

探究人体之谜,是生命科学的使命。诺贝尔奖得主们作为开拓者,开拓出一片新知领地,孜孜求索的科学家们持续跟进、丰富研究,共同揭开人体的未解之谜。

作为从事结构生物学研究的科学家,杨茂君团队持续跟踪生命体内的蛋白质,想尽办法获得蛋白,进行解析。

人体内的蛋白有很多,哪些才是值得花大力气解析的呢?

或者,问得更直白一些:如何才能解析一种能够获得诺贝尔奖的蛋白的结构?

“诺贝尔奖一直是奔着生命最本质的东西去的。”杨茂君说,1988年的诺贝尔化学奖已经颁给了捕光复合物揭示视觉机制,而今年得奖的成果与味觉和触觉相关,未来听觉和人类意识产生的机制也应该会获奖。

凭着对诺奖追踪生命本质的判断,很多团队开始针对这两种诺奖级别的新发现的机制(TRP、Piezo)发力。

杨茂君回忆,他们团队最先做的是TRP离子通道,但后来被其他团队超越了。

“2012年,我们实验室的盖景鹏同学(今年刚刚加入上海科技大学建立独立实验室)就克隆了20几种TRP离子通道,分别表达、纯化、长晶体(注:晶体衍射法解析蛋白结构需要先获得足够的蛋白质晶体),却没有一个长出晶体。”杨茂君说,结果另一个研究团队用单颗粒冷冻电镜解析了出来。

“在他们文章出来第二天我们就把这些课题全部停掉了,转头重点做Piezo。”杨茂君说,做研究不能跟跑,而是要做别人做不了的。

“Piezo很难做,因为能感受压力信号,所以摇瓶培养行不通,会让细胞一直感受到力,活不下来。”杨茂君说,但盖景鹏肯吃苦,又肯想办法,愣是在板上培养细胞,收获了足量的蛋白用于冷冻电镜解析。

上千盘培养皿上培养的细胞,只收获到很少量的Piezo蛋白。

这也是为什么这一蛋白在被发现很久后,其结构仍迟迟无法破解的原因之一。一个很明显的例子是,杨茂君实验室在2015首次发表了Piezo1结构的3—4年后,其他研究组才用他们开发出来的研究方法纯化得到蛋白,并将其分辨率提高到原子分辨率水,发表了多篇顶级论文。

采访过程中,杨茂君多次提到自己的学生,他一再表示,很多研究之所以能够有成果,是由于研究者肯踏踏实实坐下来,从微末做起、不辞辛苦,最终为人类的认知范围开疆拓土。(记者 张佳星)

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