病危中的科学家

 

美国西雅图Fred Hutchinson癌症研究中心的Harold Weintraub(宛草伯,1945-1995)是英年早逝的著名分子生物学家。他最要好的朋友是两位分子生物学:Tom Maniatis(1943-)和Richard Axel(1946-).

宛草伯本科毕业于哈佛大学,后在宾州大学获得哲学和医学双博士,在英国剑桥跟随Sydney Brenne和Francis Crick做博士后。

宛草伯为反义RNA技术的发明人之一。而他发现MyoD基因确定肌肉发生,是发育机理的一个范例。一般认为,他如果不是49岁去世,肯定会获诺奖。

他还是吉利德(Gilead)公司的三位科学创立者之一。

可惜,他患恶性脑瘤,从诊断到去世不过半年。

但是,作为真正的科学家,宛草伯一直对科学感兴趣,而且保持科学的批判性。

1995年他最后上手术台的那天,在手术室等的不耐烦,给好朋友Richard Axel电话:“我们得谈谈”。两个人都不清楚,这是否是最后一次谈话。他对好朋友说:“我刚读了你的文章,里面漏洞百出”(I just read your paper. It's full of holes)。

Richard Axel与其博士后Linda Buck于1991年发现鼻粘膜(嗅上皮)的GPCRs,以后一系列研究证明它们为嗅觉受体,2004年获诺奖。

在病危中的宛草伯,不是......而是......

 

2024年2月26日 12:21-12:48)
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Weintraub的MyoD研究预计出现在饶毅《生物学概念与途径》第15章

15    分子生物学筛选

分子生物学的发展,不断推出新的技术,有助于筛选参与重要生物学功能的基因,从而进一步揭示分子机理。

可以是通过增加基因功能,来发现有某种功能的基因,也就是gain of function (GOF)的筛选,如根据基因表达时间、空间来发现,可以有多种“表达克隆”的方法。也可以通过降低基因的功能,来发现参与某种功能的基因,loss of function (LOF)的筛选。GOF有助于发现对于功能充分的基因,LOF发现对功能必要的基因。

本章以一些重要的例子来说明这些方法及其应用。

15.1    按表达时间找基因

根据基因表达的时间,加上功能检测,是寻找重要的基因的一种方法。

C3H 10T1/2 C18是来自小鼠胚胎,为研究癌症而衍生的细胞系。1977年,几位科学家用它筛选多种癌症化疗药物的作用,偶尔发现,胞嘧啶的衍生化合物5-氮杂胞苷(5-azacytidineaza) 处理后,出现长长的多核细胞(Benedict et al., 1977)。已知aza有抑菌、抗癌、诱变等作用,当时已用于治疗白血病。南非科学家ConstantidinesJonesGevers等证明,aza处理10T1/2细胞后出现的是肌肉细胞(Constantidines, Jones and Gevers, 1977)10T1/2细胞和3T3细胞都可以被aza诱导产生,有时不仅肌肉细胞,而且还有脂肪细胞(Taylor and Jones, 1979)。因为aza抑制甲基转移酶活性,推测是它抑制DNA甲基化而让细胞可以重新改变命运。

1986年,美国西雅图Fred Hutchinson癌症研究中心的Harold Weintraub (1945-1995) 实验室用这一模型研究决定肌肉细胞的基因。首先,Weintraub的博士后Andrew Lassar等证明,aza处理的10T1/2细胞不仅有肌肉细胞的形态特征,而且肌肉细胞应该表达的分子如肌球蛋白、乙酰胆碱受体、肌肉特异的肌动蛋白等也都表达了,所以各方面都是货真价实的肌肉细胞。之后,Lassar等从aza处理10T1/2细胞后得到的肌肉细胞提取基因组DNA,而这些DNA转染没有经过aza处理的10T1/2细胞,可以得到肌肉细胞。而没有处理的10T1/2细胞来的基因组DNA缺乏这一作用。从另外一种已知的肌肉细胞系C2C12来源的基因组DNA,也有这一作用。他们从转染得到肌肉细胞的频率推测单个基因起了改变细胞命运的作用Lassar, Paterson and Weintraub, 1986)

Weintraub的研究生Robert Davis加入研究。1987年,DavisLassarWeintraub报道,他们找到了将10T1/2成纤维细胞变成肌肉细胞的单一基因(Davis, Weintraub and Lassar, 1987)。他们寻找的过程,关键是比较aza处理前、处理后的基因差别。他们用来自aza处理后的10T1/2细胞的mRNA,制备32P标记的cDNA探针(我们在此称为A),也用肌肉细胞系C2C12mRNA制备cDNA(我们在此称为B)Davis等也用没有处理的10T1/2细胞的mRNA制备cDNA(我们在此称为C)。单链的DNA与双链的DNA早就有技术在羟基磷灰石柱(hydroxyapatiteHAP)上分离(Bernardi1965)Davis等杂交AC后,过HAP柱,选择单链的cDNA留下,就是只在aza处理后10T1/2细胞变成的肌肉细胞特异的(我们在此称为D)。多次过柱,以提高选择性。得到10T1/2细胞变成的肌肉特异的探针D,再与B进行杂交,杂交后,过HAP柱,选择双链的cDNA,也多次过柱选择双链,得到AB共同的cDNA。这样,最后拿到的就是AB共同、而与C不同的cDNA。因为其来自mRNA,所以是不同的mRNADavis等同样也用B制备32P标记的cDNA探针,找其与A相同、与C不同的部分。

他们因此从104cDNA中找到92个肌肉有、成纤维细胞没有的克隆,基因序列为26种。他们进一步加几个标准:在10T1/2细胞完全不表达,从肌肉母细胞分化到肌管过程表达不变化以排除肌肉终分化过程的基因、聚焦早期决定肌肉命运的基因等。符合所有这些标准的只有三个基因,他们分别称为MyoAMyoDMyoH。这三个基因分别单独转染10T1/2细胞,只有MyoD可以让他们变成肌肉细胞。而且MyoD可以使多种细胞变成肌肉细胞(Davis, Weintraub and Lassar, 1987)。在鼠体内,MyoD只在有肌肉细胞的组织和器官表达。机理上,MyoD蛋白质是控制mRNA生成的转录因子(Lassar et al., 1989)。以后的研究证明MyoD类似的多个基因控制肌肉形成。这一研究成为细胞命运分子机理的典范。

Bernardi G, Chromatography of nucleic acids on hydroxyapatite. Nature 206:779-183

Benedict WF, Banerjee A, Gardner A, Jones PA(1977). Induction of morphological transformation in mouse C3H/10T½ clone 8 cells and chromosomal damage in hamster A(T1)C1-3 cells by cancer chemotherapeutic agents. Cancer Research37:2202-2208.

Constantinides PG, Jones PA and Gevers W (1977). Functional striated muscle cells from non-myoblast precursors following 5-azacytidine treatment. Nature 267:364-366.

Taylor S and Jones PA (1979). Multiple new phenotypes induced in 10T1/2 and 3T3 cells treated with 5-azacytidine. Cell 17:771-779.

Lassar AB, Paterson BM and Weintraub H (1986). Transfection of a DNA locus that mediates the conversion of 10T1/2 fibroblasts to myoblasts. Cell 47:649-656.

DavisRL, Weintraub H and Lassar AB (1987). Expression of a single transfected cDNA converts fibroblasts to myoblasts. Cell 51:987-1000.

Lassar AB,Buskin JN, Lockshon D, Davis RL, Apone S, Hauschka SD and Weintraub H (1989). MyoD is a sequence-specific DNA binding protein requiring a region of myc homology to bind to the muscle creatinine kinase enhancer. Cell 58:823-831.