2023年科学突破奖揭晓，Clifford P. Brangwynne与Anthony A. Hyman因发现“相分离”获奖

撰文丨YQ

2023年“科学突破奖”-生命科学突破奖揭晓，其中，Clifford P. Brangwynne与Anthony A. Hyman由于发现“相分离”而获得该奖项。

For discovering a fundamental mechanism of cellular organization mediated by phase separation of proteins and RNA into membraneless liquid droplets.

为了实现特定的功能，细胞进化出了一系列的有膜包裹的细胞器（如线粒体、溶酶体、内质网、细胞核等）。这些细胞器将特定蛋白、核酸等物质包裹在膜内，形成独立的空间以及物理化学条件，以利于细胞完成各项基本的生命活动过程。另外，细胞内还有一些无膜包裹的结构（如：核仁、应激颗粒等）也能在特定的区域完成特定的生命活动过程，但是这种结构的物理化学本质一直不清楚。相分离是一个经典的物理化学概念，研究证明，细胞内这种无膜包裹的特定的细胞结是通过相分离形成。关于相分离的更多介绍，可以参阅BioArt的相关报道：。

2007-2010年间，Brangwynne在Hyman的实验室做博士后研究工作，也是在这个时间期间，Brangwynne与 Hyman揭开了线虫中 p-Granule 的神秘面纱，发现了该“颗粒”是通过“相分离”形成，该研究结果于2009年发表在Science杂志（题为：Germline P granules are liquid droplets that localize by controlled dissolution/condensation），从此打开了全新的研究领域---“相分离”。该研究是生物学、材料科学、工程学等学科交叉的结果，改变了科学家对细胞内结构组织的理解，并提出了潜在的癌症、肌萎缩侧索硬化症和阿尔茨海默氏症等疾病治疗的新方法。

线虫p-granule相分离

“Brangwynne的研究阐明了生命体的一些最基本的原理”，普林斯顿大学校长 Christopher L. Eisgruber说，“这一发现不仅对生命体运行的分子机制的研究提供了全新的思路，还整合了不同学科、领域的研究成果，为生命科学研究开创了一个新的领域， 这种类型的研究与思维正是我们在普林斯顿所鼓励的，看到Brangwynne的研究成果获得该奖项，我感到非常激动”。

像雨滴一样的细胞结构

在2009 年的Science论文发表之前，科学家们认为，在细胞内的基本结构就好比肥皂泡，有独特的膜结构将膜内外分开，以形成独立的空间。但是Brangwynne与Hyman的研究表明，细胞内的许多结构更像雨滴。通过相分离，细胞内的生物分子凝聚在一起并与其周围的环境相区分开，并没有膜结构。

“当我们发表论文时，我知道这研究很酷。但没有想到会获得这种奖项，”Brangwynne 说， “从该研究结果发表以后，该领域取得了非常重要的进展。”起初这一发现并没有引起科学界的重视。当 Brangwynne 于 2011 年加入普林斯顿大学成立自己的实验室的时候，这篇论文的引用次数还不到 10 次。但他和他的同事在接下来的几年里进行了长期持续的研究，这些研究逐渐证明了 “相分离”的确在细胞中发挥着重要作用，并对细胞生物学领域的研究产生了深远影响。逐渐地，有一些科学家开始注意到该领域并且在这个领域开展了一系列研究工作，并做出了一系列的贡献。在过去的十年中，这种被称为液-液相分离的方式已经被证明可以驱动并调控许多基本的细胞生物学功能，包括蛋白质聚集、基因表达、对病毒的免疫反应、细胞生长、癌症，以及许多其他生物学过程. 在2012 年，液-液相分离被证明与阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病的发生发展有关。2017 年，相分离被证明参与到基因转录调控这一生命活动过程最基本的过程中。

细胞内的相分离

Brangwynne 指出，2012年与2017年这两项里程碑似的研究对于该领域的发展起着至关重要的作用。他说，正是来自世界各地的研究人员的辛勤工作，并致力于解决该领域的重要科学问题，才使得他的发现能够产生如此巨大的影响。

“这个领域是关于将不同学科且通常非常独立的研究领域结合在一起”他说。“我只是正确的时间，在正确的地方，将我的想法应用到了正确的科学问题上。” 2019 年，Brangwynne 被任命为新成立的普林斯顿生物工程计划（ Princeton Bioengineering Initiative）的负责人，该计划汇集了 30多名独立研究人员，共同致力于开发新的工具以及技术用于使科学家能够从各个层次去研究和了解生命体。Brangwynne 还是霍华德休斯医学研究所（HHMI）的研究员，并参与了马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的暑期教学和研究工作。Brangwynne 最近创立了一家名为 Nereid Therapeutics 的公司，该公司旨在根据他在普林斯顿实验室开发的相分离技术开发新的疾病治疗方法。

很遗憾，Michael K. Rosen没有与Brangwynne，Hyman一起获得该奖项，Michael K. Rosen在该领域也做出了系列的研究工作，三个人也因为在相分离领域的研究工作在2020年获得了Wiley Prize in Biomedical Sciences 奖项。Michael K. Rosen的工作在于发现多价蛋白和它们的多价配体会发生“相分离”现象，这种现象与p-Granule的相分离十分类似。从而将“相分离”的研究推动到了生物学基本活动过程中。