保罗·纳斯（科学家）

人物信息

姓名：保罗·纳斯（Sir Paul M. Nurse），1949～奖项：诺贝尔生理学或医学奖获奖时间：2001年获奖理由：发现了控制细胞周期的关键物质——细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）毕业学校：伯明翰大学，东英格利亚大学

人物简介

生平

1949年1月，纳斯出生于英国一个工人阶级家族，父亲是一位技工，母亲是一位清洁工，“家里基本上没有任何书”，但在8岁那年，当看到苏联人造地球卫星2号飞越伦敦上空时，他迷上了科学。中学毕业后，他因法语考试不及格而被大学拒绝，幸运的是，一位教授说情让他破例进入大学。

1970年，纳斯在英国伯明翰大学获得生物化学学士学位，之后转入酵母遗传学和细胞生物学研究，1973年获东英格利亚大学博士学位。他曾在决定帝国癌症研究基金会的伦敦实验室、牛津大学工作，他的研究小组发现了控制酵母细胞分裂的循环依赖激酶，并表明人类拥有对应这种酶的相同基因。因为癌症就是失控的细胞分裂，他们的发现有助于认识癌症。这项工作让纳斯和另外两位科学家分享了2001年的诺贝尔生理学或医学奖。

尽管从未停止过研究工作，纳斯仍在1996年成为英国癌症研究基金会主席。2003年，他来到大西洋彼岸，出任美国纽约洛克菲勒大学校长。现任英国帝国癌症研究基金会主任，香港龙康国际生命基因研究所荣誉顾问。

成就

保罗·纳斯在英国帝国癌症研究基金会工作，他用遗传学和分子学方法，识别克隆并描绘了细胞周期的一个关键调节物质CDK（细胞周期蛋白依赖激酶cyclin dependent kinase）。他发现CDK的功能在进化中被很好的保存了下来。CDK是通过对其它蛋白质的化学修饰（磷酸化作用）来驱动细胞周期的，该物质能够将早期的变异细胞基因——癌变的早期细胞起到修复，恢复成正常细胞的功能，且对人体正常细胞没有损伤。这对长期抽烟等人群体内细胞变异性损伤及癌症告发家族人群，能起到保健及预防癌症的效果。

研究

保罗·纳斯在哈特韦尔的基础上，使用基因法继续对细胞周期进行研究，他使用了不同于哈特韦尔的另一种酵母作为模型生物体。20世纪70年代中期，纳斯在这种酵母中发现了一种在控制细胞分裂中具有关键功能的基因，这种功能与哈特韦尔发现的相同。继续研究后，纳斯还发现这个基因调节细胞周期的不同过程。1987年，纳斯从人体细胞中分离出了相应的基因，并命名为CDK1，它编码CDK族的一个蛋白质。纳斯的研究表明，CDK的激活作用依赖于可逆的磷酸化作用。在这些发现的基础上，科学家在人体细胞中发现了6个不同的CDK分子。因为在“细胞周期中的关键调控子”研究方面做出的卓越贡献，2001年诺贝尔生理学或医学奖授予了他和美国科学家利兰·哈特韦尔和英国科学家蒂莫西·亨特。

理论贡献

获得诺贝尔

瑞典卡罗林斯卡医学院2001年10月8日在宣布，将2001年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家利兰·哈特韦尔、英国科学家蒂莫西·亨特和保罗·纳斯，以表彰他们发现了细胞周期的关键分子调节机制。

卡罗林斯卡医学院发表的新闻公报说，所有有机体均由通过分裂而成倍增加的细胞所组成。一个成年人大约拥有100万亿个细胞，而这些细胞都源于一个受精卵细胞。同时，成年人机体中大量的细胞还通过不断的分裂产生新细胞，以取代那些死亡细胞。

报道

新闻公报说，荣获诺贝尔生理学或医学奖的3名科学家所作出的重大贡献在于发现了具有调节所有真核有机体中细胞周期的关键分子。其中，利兰·哈特韦尔发现了大量控制细胞周期的基因，其中一种被称为“START”的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。保罗·纳斯的贡献是，在哈特韦尔的基础上，通过基因与分子法发现了调节细胞周期的一种关键物质CDK（细胞周期蛋白依赖激酶），CDK是通过对其他蛋白质的化学作用来驱动细胞周期的。蒂莫西·亨特的贡献是首次发现了调节CDK功能的物质CYCLIN（细胞周期蛋白）。

评价

卡罗林斯卡医学院评价说，哈特韦尔、纳斯和亨特3人的发现对研究细胞的发育有重大的影响，特别是对开辟治疗癌症新途径将具有极其深远的意义，因为细胞周期控制过程中出现的缺陷可以导致癌细胞中染色体的变异。

研究经历

细胞增殖是一切有机体得以生长、繁衍的基本方式。一个成年人体约含有1014个细胞，这些细胞均起源于一个受精卵。受精卵经过不断的分裂、分化，最后形成完整个体。即使在成体中，仍有大量细胞不断进行着分裂，以补充那些衰老、死亡的细胞。细胞的增殖分为3个过程，首先是细胞生长，达到一定的体积，这时其核内的染色体进行复制，然后染色体平均分配到两个子代细胞中去。这三个同过程的协调需通过对细胞周期进行精密调控来实现。保罗·纳斯等人均在细胞周期调控方面做出过杰出贡献。他们分离鉴定出所有真核生物(包括酵母、植物、动物以及人类)细胞周期调控中的关键分子。正如在肿瘤细胞中常看到的那样，细胞周期的失控将导致染色体发生改变，因而这些基础研究成果有可能开辟肿瘤治疗的新途径。早在20亿年前，地球上就有了真核细胞，所谓“真核”，是指染色体位于核内，与细胞的其他组分离开。由这样的细胞组成的有机体即是真核生物。真核生物有些由单细胞组成，像酵母与阿米巴。另一些由多细胞组成，如动、植物等。人体内含有数以亿计的细胞，平均每克组织就约有10亿个细胞。每个细胞的细胞核中有23对染色体，包含了细胞的遗传物质（即生物学中常提到的DNA）。早在100多年前，人们就已经了解到细胞是通过分裂进行增殖的。然而，直到最近20年，随着分子生物学的兴起，科学家们才有可能对细胞周期调控的分子机制进行研究。细胞周期分为4个时相—G1期、S期、G2期、M期。细胞在细胞周期中依次经过上述4期，完成其增殖过程。细胞在不同的时相中完成不同的事件：在G1期中细胞不断生长变大。当细胞增大到一定的体积，就进入S期，DNA的合成、遗传物质的复制DNA复制)等主要事件在此期完成。在G2期，细胞要检查其DNA复制是否完成，为细胞分裂做好准备。在M期，染色体一分为二，细胞分裂成为两个子代细胞。经过一个细胞周期，两个子代细胞获得完全相同的染色体。分裂结束后，细胞退回到G1期，细胞周期完成。然而，G1期的细胞并不总是沿着细胞周期向前运转，在某些情况下，它可退出细胞周期，进入静息期——G0期。细胞周期的长短在不同的细胞中有所差异，一般来讲，在多数哺乳动物细胞中，细胞周期的时间为10～30个小时。对所有真核生物而言，细胞周期的不同时相高度精确地协调着。细胞必须递次地经过细胞周期的不同时相，在完成上一个时相内的事件后，才有可能进入下一个时相。这一过程中的任何缺陷将导致染色体发生变异，染色体或部分染色体可能丢失、重排或非平均地分配到子代细胞中，这种染色体变异常见于肿瘤细胞。在20世纪70年代中期，保罗·纳斯在S.pombe酵母中发现了cdc2基因，该基因在细胞分裂调控中起着关键作用，它控制细胞从G2期进入M期。这之后保罗·纳斯又发现cdc2基因还有着与start基因相同的作用(start基因早些时候由哈特韦尔从芽殖酵母中鉴定出来)，即在细胞从G1期向S期的转换过程中起调控作用。细胞周期G1、G21987年，保罗·纳斯从人体中分离得到与酵母cdc2同源的基因，后来命名为CDK1(周期素依赖性激酶1)，该基因的编码产物为周期素依赖性激酶蛋白家族中的一员。纳斯还发现CDK的激活依赖于可逆的磷酸化作用，即磷酸基因连在蛋白分子上或从蛋白分子上脱落下来。此后，他在人体中又发现了几十种不同的CDK分子。在细胞周期的整个过程中，CDK分子的含量相对稳定，但由于周期素的调控作用，其活性有所变化。CDK与周期素分子一起驱动着细胞从一个时相进入下一个时相。CDK分子好似一个“发动机”，周期素则似“变速器”，周期素决定着CDK分子是以空载模式运转，还是驱动细胞沿着细胞周期向前运转。保罗·纳斯等人的研究成果将会使多数生物医学的研究领域受益。它将有助于理解肿瘤细胞中染色体的不稳定性，即染色体或部分染色体是如何进行重排、丢失或不平等地分配到子代细胞中去的。染色体的这种变化很可能是由细胞周期调控过程中的缺陷引起的，已有研究结果表明，CDK分子和周期素的基因功能上相当于癌基因(可引起肿瘤的基因)。而且，在细胞周期调控中，CDK分子和周期素也可与肿瘤抑制基因(与癌基因相反，它们可以抑制细胞过度增值，阻止肿瘤形成，故称肿瘤抑制基因)的产物(如p53和RB)协同作用。细胞周期研究领域中的这些成果无疑将运用到肿瘤诊断中去，在乳腺癌、脑瘤等人类肿瘤中有时会发现CDK分子和周期素的水平上升。从长远来看，这也将为肿瘤治疗开辟新途径，因为人们可以针对细胞周期调控子设计出控制细胞生长、分裂的药物来阻止癌细胞的增殖。目前运用CDK分子抑制剂进行肿瘤治疗的临床试验正在进行中。

合作者

利兰·哈特韦尔

利兰·哈特韦尔（LelandH.Hartwell），1939年10月30日出生于美国洛杉矶，1961年加州理工学院学士，1964年麻省理工学院博士，现工作于哈钦森癌症研究中心。

蒂莫西·亨特

蒂莫西·亨特（R.TimothyHunt），1943年2月19日出生于英国，1964年剑桥大学学士，1968年剑桥大学博士，现工作于英国帝国癌症研究基金会。

诺贝尔奖

所获奖项简介诺贝尔生理学或医学奖，是根据阿尔弗雷德·诺贝尔逝世前立下的遗嘱，诺贝尔生理医学奖由位于瑞典首都斯德哥尔摩的卡罗琳医学院负责颁发。颁奖仪式于每年12月10日，诺贝尔逝世周年纪念日举行。诺贝尔生理医学奖是为了表彰前一年中在生理学或者医学领域有重要的发现或发明的人。