一年4篇Cell一作论文 拉斯克奖得主分享科研经验

2013-12-19  ironpan

一年5篇Cell论文 拉克斯奖得主分享科研经验

穿着印有驱动蛋白(Kinesin)T恤的 Ronald Vale

本文作者:罗纳德·韦尔

罗纳德·韦尔博士(Ronald D. Vale)是加州大学旧金山分校(UCSF)的细胞与分子药理学教授。研究方向是驱动蛋白和动力蛋白分子马达。他在 2012 年与迈克尔·希茨和詹姆斯·斯普迪赫同获拉斯克基础医学研究奖。他是美国艺术与科学学院院士以及美国国家科学院院士。自 1995 年以来,他一直是霍华德·休斯医学研究所研究员。

他此前创造了一个科研界的世界记录:一年内作为第一作者发 4 篇高质《Cell》论文,迄今无人打破。加上这 4 篇,他在研究生期间共发表 12 篇第一作者的实验论文。这一记录,大概是现代生命科学研究生的上限。他的论文解决了一个重要问题,将研究推到了新层次。

以下全文是他在获得拉克斯奖后,在《自然-医学》(Nature Medicine)发表的文章。

三生有幸遇到你

你能想象当我和我的朋友也是同事James Spudich和Michael Sheetz在一起时,我接到电话说我荣获了基础医学研究 Lasker Award奖时的兴奋么?Lasker Award所奖励研究的重要部分从我研究生时就开始了。当我第一次遇见Jim Spudich时,我只有21岁,那时,我正在申请MD-PhD。当Mike Sheetz,Tom Reese, Bruce Schnapp和我开始对轴突输送进行研究时,我23岁;当我们的有关微管运输和驱动蛋白的论文发表时我25岁;当我在旧金山加州大学(UCSF)开始我的第一份工作时,我27岁。对我而言,那是一段极其不平凡的时光。我深感自己在恰好的时间处于恰当的位置,同时我也享受生命中科学带来的愉悦。撰写该文,目的是对那些年轻的刚刚开启学术旅程的科学家说一些有感而发的话。我将从我自身在校学习及对驱动蛋白的发现的经历出发,写一些观点及10条经验之谈。

从读书到研究所及驱动蛋白历史的简短回顾

1980年,Jim Spudich在斯坦福大学对我进行了MD-PhD项目的面试。我们交谈非常愉快,他的建议对我的录用非常重要。彼时彼刻,谁曾想我们将来某一天会共享Lasker Award 的荣誉?我的论文导师Eric Shooter是一位杰出的生物化学家和神经系统科学家。跟随他后,我开始学习配体结合和神经生长因子(NGF)受体的生物化学特性。

同时,由神经生长因子与其受体结合发出的信号如何回溯至细胞核的问题深深吸引了我,带着这个问题,我开始翻阅大量有关轴突运输的文献。1982年,我学习并深入了解了Jim和Mike Sheetz正在做的完美实验,即重建肌球蛋白包衣珠随着肌动蛋白缆的运动。我不知道是否可以用相似的肌动球蛋白机制来解释膜囊泡的轴突运输?Mike和我决定通过乌贼巨轴突来验证这个想法。至于为何要选择乌贼,是因为Robert Allen,Scott Brady,Ray Lasek以及他们的共同作者写的一篇里程碑式的论文。在这篇论文中,这些研究者通过使用Allen新发明的视频增强显微技术来对巨轴突中的轴突运输进行成像。在此之前,人们从来没有如此清晰的看到过一个活细胞内部的精美细节。目前,通过显微镜而不是那时仅有的费时费力的放射影像实验,人们可以在10分钟的实验中对轴突运输进行研究。

十诫

以下是我从自身经验中总结的十条经验之谈。我全神贯注于科学中,时而犯些小错误,并从错误中学习,对于科学将把我带向何方,最终我将有何成就我几乎从来没有想过。

1.寻觅良师,学习他然后发展自己的风格

从你周围的事物中学习。科学与哲学相似,都是来处理问题,在试验进程中,需有个人风格及与其他人的合作。作为一名年轻的科学家,你需要接触不同的科学研究方法,从比你资深的科学家哪里汲取思想及治学态度。这种吸取的混合营养最终会沉淀成为最适合你的一种风格,也将让你身上拥有你所钦佩的人的气质特征。既不极度崇拜谁,也不轻视谁。我深感幸运,因为在我成长过程中遇见了许多不同寻常的导师,他们是由Bruce Schnapp, Tom Reese, Mike Sheetz和Jim Spudich组成的核心团体。从他们各自独一无二的个性及科学方法上我所获甚多。但是,他们拥有一个共同点:都非常友善,且支持我成为一个年轻的科学家。在我研究生期间,我也遇见了对我影响深远的英雄人物。第一位是我的导师Eric Shooter。试问,能有几位论文导师任他的研究生漫步于他的课题之外,或做一些与实验室工作无关之事?且任其对学分不上心?那时,我还不完全明白与其他许多科学家相比,Eric对他的实验室“家庭”是多么的无私。在MBL,我也遇见了活跃的老科学家Shinya Inoue和Andrew Szent-Gyorgyi。他们拥有虽小但非常专注的实验室(不像斯坦福的大多数大实验室),他们热爱生活,热爱科学,并不会对任何一方做出很大的让步。

2. 选择一个重要的问题

每个人都是这样,情愿去解决一个有趣的问题,而不愿意触及一个无聊的问题。然而,确定一个既重要又刚好时机成熟到需要解决的选题并非易事。此外,几乎大部分人都会按部就班的生活,在规定的时间内获得学历、找工作或者获得资助。这致使我们中的大部分人在大多数时间里,精力并不是专注于生物学中的大问题上。然而,如果你想不一样,在一些重要问题上,你必须保持警惕,还要比别人多思考一些,从而能寻得一些针对解决这些重要问题契机或入口,即使这些问题并不是你所研究的领域或你的专长。如果机遇来临,要学会抓住它(见下一建议)。大多数时候,如果你在最开始的时候不能提出一个重要的问题,你是不能做出重要发现的。

3. 领先并抓住机会

在Eric Shooter实验室的前两到三年,我发表了几篇内容翔实但并不是非常杰出的论文,但是我心里清楚,这几篇论文足够获得博士学位。有了这个安全保障,我就有闲心去寻找并开始重要但是也有风险的项目了。机会伴随着对Sheetz/Spudich试验的接触而来到我身边。整个轴突运输项目都是一个冒险,它从最后一刻决定去Woods Hole而开始的。将科学当做一个大冒险使得整个事变的有趣,也使得许多无论在科学结果方面还是自己个人职业生涯中未预料到的事情发生。

4. 阅读文献但是不要被文献所困

刚进入一个新的领域,由于它的漫长历史和大量文献,难免会有些底气不足。这时你需要了解前人所做的工作,但是最好避免陷于各种各样先前试验中,同时也要避免一直沿着现存模式的思考路线来思考。用新鲜的视角来看待历史资料是个好事情。我刚接触这个领域时,快速轴突运输已有很长历史,也有大量的相关文献,但是我发现,描述其发生机制的资料很少。然而,由于Allen,Brady和Lasek视频显微镜研究对运动的小囊泡成像提供了新方法,使得这成了关键的转折点。继续向前,通过生物化学和不再对药理学的坚持来简历方法就行得通了。而之前,对药理学的坚持主导了整个工作。

5. 做好实验不必一定要有顶级实验室

我的实验室在斯坦福大学的一个相对较新的大楼中,它有些陈旧却井然有序。而位于海洋生物实验室中的Tom Reese的研究室则相对较乱,在Loeb大楼的地下室的一个小房间中,只有一台化学试剂单放机和一些铺满设备间的小设备。我们在被海水熏的潮湿的地下室房间中解剖乌贼巨轴突。我们戏称这个小房间为“海王星的洞穴”。但是这一切都没有产生负面影响,相反,与那些在现代大楼中流行的井然有序却单调的实验室相比,这个实验室让人耳目一新。Tom的实验室有符合目前水平满足基本工作需要的设备-------视频灯和电子显微镜。但是在对驱动蛋白提纯的初始阶段,我们楼里没有离心机,所以我们不得不到马路对面的楼中去进行这一步,那时也没有色谱分析设备。但是,一个人可以适应任何环境然后使其正常运转。这也是科学探险一部分。

6. 努力学,努力玩,并要挤时间洗衣服

科学不是朝九晚五的工作。在Wood Hole时,我工作异常努力。1984年的整个冬季,我几乎都在工作。特别的时刻需要特别的努力,我很高兴,在关键时刻我花了尽可能多的时间在实验室,见证了科学奇迹的发生。但是,在接下来的春天,我需要离开一段时间来调整状态,所以我骑车游行了欧洲。在到UCSF工作前,我又花了四个月时间在尼泊尔和日本游玩。在关键时刻对项目进行特别努力十分重要,就如打仗时攻克关键要塞一样。但与此同时,你也需要平衡你的生活。

7.持之以恒比才华更重要

如果你并非天生聪颖(比如我),在科学实验中,你也可以做的很好,当然,前提是你得有恒心。诀窍就是更努力!举例来说,1984年那一年的大部分夏天,因为一系列的实验错误,我无法完成体外轴突运输。夏天快要过完了,我也将马上离开开始我的医学实习生涯。在这个关键点上,我没有成功,或许在这时,我应该去海边放松一下。但我并没有选择这条路。

在我回到斯坦福之前,我近乎执拗的对这个实验试了又试。在度过了神奇的一周后,一个神奇的晚上来临了。于是。我取消了我的回程航班。

8.失败乃成功之母

正如1983至1985年间的那段成功一样,所有的科学完美或许并不如它所表现出来的那样。我们曾犯过几次概念性的错误,也犯过技术性错误。幸运的是,这些错误并不致命,他们并没有让我们偏离正确的轨道太远以致脱轨。这或许对那些课题不是一直顺利向前行进的同学有所安慰;困惑和疑惑的时光对任何项目都是不可或缺的。同时,你也可能或错失很多良机。那时,我们指出“溶液中的微管之间也相互作用从而形成简约聚合的微管”这个论点,但是我们并没有一直对此研究下去。通过马达蛋白驱动的微管自组织随后就成为研究的重要领域。在美国国立研究院对我的第一次资助中,我也想过“存储”逆行轴突运输的净化(更像名为HMW的ATP酶),最后证明这并不是一个明智的决定。任何一个职业都是不良的决策与好的决策混合出现;你只要保持后者多余前者即可。

9.莫对改变人生计划感到惶恐

我二十岁和三十多岁早期时的人生是被规划好的。MD-PhD项目后,最大可能是去医院实习,然后跟大部分人一样做一名住院医师,然后再回到科学领域。然而,Woods Hole的出现改变了我的人生规划。回到医学院?从我现在的观点来看,答案当然是否定的。但是那时,其他人会怎么说呢?我的导师鼓励我继续坚持自己的课题并延迟医学实习;很显然,我的心思一直在科学上,科学生涯将使我感到快乐。许多年后,单核马达对医学产生了影响使我感到极其满意,同时,针对这种蛋白的药物也正在研发中也是我倍感欣慰。

10.科学在极速发展:做时代的弄潮儿

作为研究发现的亲历者是非常棒的感觉。但更大的乐趣是,你正在科学的大舞台上,亲眼目睹着科学作为一个整体所取得的惊人进步。科学家是非常幸运的,因为我们能站在世界的前沿,是巨大进步的见证者。科学冒险有许多形式,在实验室的任何一天都有可能“拥抱”微小却美妙的发现。在未来的某一天,某个巨大的惊喜最终到来。永远相信美好的事情即将发生。

Ron Vale

Ron Vale 1959 年出生在了加州好莱坞。21 岁从加州大学圣塔芭芭拉分校毕业,主修生物和化学。其后到斯坦福大学念双博士(哲学博士-医学博士),26 岁获神经生物学哲学博士。因为他的研究生记录太好,他就只要哲学博士,不要医学博士。他 27 岁做助理教授,35 岁做正教授,42 岁当选美国科学院院士。

他 20 岁时开始发表论文,是两篇论文的非主要作者。1985 年,他 26 岁,发表 5 篇《Cell》论文,其中 4 篇是第一作者。

1985年他在Sheetz和Reese实验室发表的五篇《Cell》,其中 4 篇他是第一作者:

Vale, R.D., Schnapp, B.J., Sheetz, M.P. and Reese, T.S. (1985) Movement of organelles along filaments dissociated from the axoplasm of the squid giant axon. Cell 40: 449-454.

Schnapp, B.J., Vale, R.D., Sheetz, M.P. and Reese, T.S. (1985) Single microtubules from squid axoplasm support bidirectional movement of organelles. Cell 40: 455-462.

Vale, R.D., Schnapp, B.J., Reese, T.S. and Sheetz, M.P. (1985) Organelle, bead and microtubule translocations promoted by soluble factors form the squid giant axon. Cell 40: 559-569.

Vale, R.D., Reese, T.S. and Sheetz, M.P. (1985) Identification of a novel force generating protein, kinesin, involved in microtubule-based motility. Cell 42: 39-50.

Vale, R.D., Schnapp, B.J., Mitchison, T., Steuer, E., Reese, T.S. and Sheetz, M.P. (1985) Different axoplasmic proteins generate movement in opposite directions along microtubules in vitro. Cell 43: 623-632.

研究生期间,在斯坦福大学 Eric Shooter 实验室的另外 8 篇第一作者研究论文:

Vale, R.D., DeLean, A., Lefkowitz, R.J. and Stadel, J.M. (1982) Regulation of insulin receptors in frog erythrocytes by insulin and concanavalin A: evidence for discrete classes of insulin binding sites. Mol. Pharm. 22: 6 19-629.

Vale, R.D. and Shooter, E.M. (1983) Conversion of nerve growth factor receptor complexes to a slowly dissociating, Triton X-100 insoluble state by anti-nerve growth factor antibodies. Biochem. 22: 5022-5028.

Vale, R.D. and Shooter, E.M. (1983) Epidermal growth factor receptors on PC12 cells: alteration of binding properties by lectins. J. Cell. Biochem. 22: 99-109.

Vale, R.D., Peterson, S.W., Matiuck, N.V. and Fox, C.F. (1984) Purified plasma membranes inhibit polypeptide-induced DNA synthesis in subconfluent 3T3 cells. J. Cell Biol. 98: 1129-1132.

Vale, R.D., Szent-Gy?rygi, A. and Sheetz, M.P. (1984) Movement of scallop myosin on Nitella actin filaments: regulation by calcium. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81: 6775-6778.

Vale, R.D., Hosang, M. and Shooter, E.M. (1985). Sialic acid residues on NGF receptors on PC12 cells. Dev. Neurosci. 7: 55-64.

Vale, R.D., Ignatius, M.J. and Shooter, E.M. (1985) Association of nerve growth factor receptors with the Triton X-100 cytoskeleton of PC12 cells. J. Neurosci. 5: 2762-2770.

1996年,他与 Fletterick 合作,首次解析了 kinesin 的结构:

Kull, F.J., Sablin, P., Lau, R., Fletterick, R.J. and Vale, R.D. (1996) Crystal structure of the kinesin motor domain reveals a structural similarity to myosin. Nature 380: 550-555.

1996年,已经是正教授的他,自己做实验首先直接看到 kinesin 单分子运动:

Vale, R.D., Funatsu, T., Pierce, D.W., Romberg, L., Harada, Y. and Yanagida, T. (1996) Direct observation of single kinesin molecules moving along microtubules by fluorescence microscopy. Nature 380: 451-453.

本文部分文字来自饶毅博文。

原文检索:

Ronald D Vale. How lucky can one be? A perspective from a young scientist at the right place at the right time. Nature Medicine, 05 October 2012; doi:10.1038/nm.2925

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