2016年諾貝爾獎得主Yoshinori Ohsumi的自噬研究情懷
北京時間10月3日下午17：30，2016年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉，來自東京工業大學的研究者Yoshinori Ohsumi(大隅良典)因發現自噬（autophagy）的機制而獲得此獎。
Yoshinori Ohsumi的研究發現開啟了科學家揭示細胞循環自身內容物的新紀元，他的研究發現為理解許多機體生理學過程中自體吞噬奠定了堅實的基礎，比如機體如何適應飢餓或者如何對感染產生反應等，自體吞噬基因的突變會引發多種疾病發生，而且自體吞噬的過程還參與了多種疾病的發生，包括癌症和神經變性疾病等。
在這裡，生物谷小編向讀者推薦幾年前Journal of Cell Biology期刊對Yoshinori Ohsumi的採訪，在這次採訪中，他介紹了自己的早期研究生涯，尤其是在早期，他多次更換自己的研究課題，最終發現酵母液泡中發生的自噬過程。在該採訪中，他多次謙虛地聲稱自己沒有太強的競爭力，所以選擇當時冷門的課題去從事研究，而沒有去選擇當時比較熱門的研究領域。他建議如今的年輕科學家不要過於追求比較穩定的工作，或者僅僅為了容易發表文章而去選擇比較流行的研究領域開展工作，要有冒險精神。此外，他也介紹了他的研究經歷，尤其是發現自噬過程的艱難歷程。
小編看完這篇採訪後，感觸很多，現在我們看到的是Yoshinori Ohsumi獲得諾貝爾獎的榮耀，但卻不知他成功的路上遇到過多少荊棘，特別是如何克服種種苦難取得如此重大的研究突破，這才是每個科研人員應該學習的，也是成功最關鍵的步驟。基於此，谷君特地對這篇採訪稿進行全文編譯，以饗讀者。
自噬是細胞組分到被稱作自噬體（autophagosome）的細胞器中，然後被帶到溶酶體或液泡中進行降解和作為其他用途進行循環利用。它經常在飢餓期間發生作用，從而允許細胞在營養匱乏時期存活下來。
在二戰後的日本長大的大隅良典（Yoshinori Ohsumi）在貧困中存活下來，努力建立他自己的獨立研究軌跡。雖然困難重重，不過，他堅持不懈，接著便在自噬領域作出關鍵性的早期發現[1， 2]。在他的研究中，他鑒定出參與自噬過程的大多數蛋白和通路[3]，並且證實它們如何受到檢測細胞代謝狀態的蛋白的調節[4]，並且開始描畫酵母中自噬體形成的機制細節[5， 6]。儘管他取得如此多的成功，但是他仍然對我們的採訪請求感到吃驚，仍然愉快地與我們談論起他在日本東京工業大學（Tokyo Institute of Technology）任職時的研究工作。
早期轉變
你如何決定進入你的研究生涯？
我很可能受到我父親的影響，他是日本九州大學的一名工程教授。在我成長時，我對學術生活非常熟悉。儘管我的父親在一種非常偏向工業的領域工作，但是我對自然科學更加感興趣。在高中，我對化學感興趣，因此我進入東京大學學習化學。我很快發現化學並不是如此吸引我，這是因為這個領域已經取得長期的進展。但是我認為，我非常幸運，這是因為在二十世紀六十年代早期是分子生物學的黃金時代。我想要從事這方面的研究。
在當時的日本，並沒有非常多的分子生物學實驗室。我以研究生的身份加入Kazutomo Imahori博士實驗室，研究大腸桿菌中的蛋白合成。不幸的是，我在我的研究中並沒有獲得非常好的結果，而且當我完成我的研究生研究時，我發現在日本很難找到一份好的職位。因此，在Imahori博士的建議下，我在位於美國紐約的洛克菲勒大學的Gerald Edelman博士那裡從事博士後研究。
在那裡你研究什麼？
那是我的生命中最困難的時光。作為一名研究生，我研究的是大腸桿菌，但是在Edelman博士實驗室里，我轉換到研究哺乳動物細胞和發育生物學。我要建立一種用於小鼠體外受精研究的系統，但是我對早期胚胎學知之甚少，而且我僅有非常少的卵子來開展研究。我感到非常沮喪。在一年半之後，Mike Jazwinski加入Edelman博士實驗室，我決定與他一起研究酵母中的DNA複製。這對我而言是另一次非常大的跳躍，但是這也是我首次接觸酵母細胞，這也是我從那時到現在都在研究的對象。
最終，我在東京大學Yasuhiro Anraku實驗室獲得助理教授的職位，因而能夠返回日本。
首次取得進展
你何時首次開始研究酵母液泡？
在那時，很多人正在研究質膜中的離子和小分子轉運，但是很少有人開始研究其他細胞器膜中的轉運。液泡被認為是細胞中的垃圾桶，並沒有很多人對它的生理學感興趣，因此我認為研究液泡中的轉運將是不錯的選擇，這是因為我不會遇到太多的競爭。我選擇研究液泡生理學的另一個原因是當我還在Edelman博士實驗室時，我們曾嘗試過分離酵母細胞的細胞核，在這個過程中，我們發現獲得純的液泡是比較容易的。利用這些製備的液泡，我能夠在液泡膜上發現很多主動轉運系統，包括將質子泵進液泡中的液泡型ATP合成酶（vacuolar-type ATPase）。因此，我獲得一點成功，並且最終我獲得自己的實驗室。但是那時，我已43歲了。我並不會說那時我擁有一個非常成功的研究生涯；我遇到很多困難，但是主要是我自己導致這些困難的。
我想要研究一個不同於我在Anraku博士實驗室開展的研究內容的課題，因此我決定研究酵母液泡的裂解功能。在那時，人們對液泡中什麼東西發生降解和如何發生知之甚少。
我有一個非常簡單的想法：在光學顯微鏡下能夠檢測到液泡，而且它已經被認為是細胞中的垃圾桶，在那裡蛋白降解會發生。因此，我認為正在經歷大量降解的細胞中，觀察到它的液泡發生形態變化將是比較容易的。細胞分化過程需要大量的蛋白降解，因此，我研究液泡蛋白酶缺陷的酵母細胞突變體---在氮缺乏的條件下，這些突變體不能夠像正常的細胞那樣形成孢子---來看看我是否能夠觀察到液泡結構發生任何改變。
我想說的一件事情就是我喜歡在顯微鏡下觀察細胞，顯微鏡能夠告訴我們關於每個細胞的一些非常重要的信息，特別是關於液泡，這是因為非常容易觀察到它。因此，我在顯微鏡下觀察這些突變體，在遭遇30分鐘飢餓後，我觀察到很多小囊泡出現，並且堆積在液泡中。我也認識一名友好的電子顯微鏡專家，並且幸運地觀察到自噬體形成和液泡融合。這是我研究酵母自噬的起點。
接下來的計劃
你也描述了很多參與自噬的基因---
在1991年，我的首批兩名研究生中的一名---一位不錯的學生---開展一項非常費時費力的篩選，並且在顯微鏡下觀察單個突變體。利用這種方法，她發現首個自噬缺陷性的突變體，當時我們稱之為apg1-1，如今被稱為atg1。我期待我們能夠利用這種篩選方法發現更多的自噬基因，這是因為自噬是一種非常複雜的現象，而且確實，我以這種方式發現了14種atg突變體。
當我們開始對ATG基因進行遺傳分析時，我有一家非常小的實驗室，僅有3個人。我害怕完成我們的分析將耗費非常長的時間，不過在那個時候，酵母基因組序列已被公布，因此我們能夠非常快地克隆很多這樣的基因。但是除了編碼一種蛋白激酶的ATG1基因之外，所有的其他ATG基因都是新的基因；它們的氨基酸序列並沒有告訴我們太多它們發揮的功能。
當醫學博士Noboru Mizushima以博士後的身份加入我的實驗室時，他便取得一項突破性進展。他證實Atg12是一種類似泛素的蛋白，與Atg5偶聯在一起。Atg7是一種E1酶，而Atg10是一種E2酶，因此我們意識到我們幾乎揭示了這整個通路。我們在未受到任何嚴重的反對的情形下在Nature期刊上發表這一結果，而且這也是我的實驗室取得的首個重大成就。還存在另外一條類似的通路，它讓另一種泛素類似的蛋白Atg8結合到磷酯醯乙醇胺上。「我沒有太強的競爭性，因此我總是尋找新的課題進行研究，即便它並不是非常流行。」
如今，我們對單個Atg蛋白髮揮的功能有了更好的理解，但是我們仍然並不理解它們如何促進自噬體形成。我們想要理解新的自噬體膜如何出現、它如何延長和它如何封閉而變成自噬體。我們也正在努力分析Atg蛋白的結構生物學特徵和理解它們彼此如何相互作用而形成複合體。這些複合體的存在是非常短暫的，因此研究它們比較難。這些就是我們如今正在努力解決的問題。
正如你在你的研究生涯早期所做的那樣，你對正在努力的科學家們有一些建議嗎？
不幸的是，在如今，至少在日本，年輕的科學家們更想要獲得一份穩定的工作，因此他們害怕冒險。大多數人決定在非常流行的領域開展研究，這是因為他們認為這是發表論文的最容易的方法。 但是我剛好完全相反。我沒有非常強的競爭性，因此我總是選擇一個新的課題開展研究，即便它並不是很流行。如果你從某種基礎性的新的觀察結果開始研究，那麼你將有很多東西需要研究。
參考資料
1. Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction
Journal of Cell Biology， doi：10.1083/jcb.119.2.301
2. Ultrastructural analysis of the autophagic process in yeast： detection of autophagosomes and their characterization
Journal of Cell Biology， doi：10.1083/jcb.124.6.903
3. Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cerevisiae
FEBS Letters， doi：10.1016/0014-5793(93)80398-E
4. Tor， a Phosphatidylinositol Kinase Homologue， Controls Autophagy in Yeast
Journal of Biological Chemistry， doi：10.1074/jbc.273.7.3963
5. A protein conjugation system essential for autophagy
Nature， doi：10.1038/26506
6. Atg4 recycles inappropriately lipidated Atg8 to promote autophagosome biogenesis
Autophagy， doi：10.4161/auto.8.2.18373
7. Yoshinori Ohsumi： Autophagy from beginning to end
Journal of Cell Biology， doi：10.1083/jcb.1972pi
8. 2016年諾貝爾生理學或醫學獎深度解讀
2016諾貝爾獎得主大揭曉
你猜對了嗎？
※表觀遺傳時鐘讓你躲不過「死神」
※Cell：腫瘤浸潤性T細胞研究取得新進展
※愛美人士福音！科學家開發新分子幫助阻止疤痕形成
※Nature：改寫教科書！挑戰細胞內蛋白轉運經典理論
※CAR-T的臨床治療與應用還有多遠
TAG:生物谷 |
※Cell：蛋白Mcr調節相鄰細胞中的自噬
※本周Nature論文推薦：時間晶體，自噬，單原子存儲
※Nature：發現自噬是造血幹細胞返老還童的關鍵
※Nature子刊：運動為何能讓人健康長壽？答案在——線粒體自噬
※GENE DEV：關閉神經元自噬，壽命延長50%？！科學家驗證「衰老起源」假說
※2016 年諾貝爾生理學或醫學獎：自噬作用機制詳解
※2016年諾貝爾醫學獎：搞清楚細胞自噬這件事！
※Cell：主導受損線粒體自噬的內膜受體被發現
※AMPK信號調控自噬新機制
※浙江大學求是特聘教授《Cell》子刊最新文章：關鍵自噬作用因子的激活機制
※自噬shì原理都不懂，你減什麼肥？諾貝爾獎得主告訴你
※諾獎熱門被言中！625萬人民幣獎勵他發現了「細胞自噬」機制
※聚焦諾貝爾醫學獎，自噬系統的前世今生
※他 6 年前預測大隅良典獲諾獎 看他解讀「自噬」
※16年諾獎回顧：熱愛酵母的大隅良典與細胞自噬的故事
※真的假的？獲諾貝爾生物學獎的自噬能治療癌症？
※諾貝爾醫學獎鎖定細胞自噬 A股哪些概念股望被熱炒？
※獲得諾貝爾獎的「細胞自噬」是什麼：人類細胞一個重要機制
※今年生物學諾獎給了自噬，這是什麼鬼？自己吃自己？