饶毅：遗传学家的生物化学远足｜学术会议发言

虽然我不是会议组织者，到这几天才知道会议议程，但看上去容易误认为是围着我开会：演讲者中，我认识梅林44年，知道Josh （Sanes）38年，那是他离开Zach Hall实验室不久，我到UCSF后第一个研究轮转就在Zach实验室......‍

我们研究神经生物学的科学家，一般都认为我们研究最重要的问题，是问题导向。

做实验比较差的如我，更是长期轻视技术。我选择用遗传学技术研究神经生物学，就是为了避免自己做实验，让动物自己交配，帮我做实验。而分子生物学也营救了我这种人，它特别经得起折磨，人家做三个小时，我和DNA相互折磨三天三夜，也可以做出了。‍‍

但是，近十几年来，我不仅意识到技术是自己的弱点，而且认为是应该根本改正的弱点。我不擅长做实验，不代表我不能让学生做好实验，更不能让学生做实验的水平被我所限制。‍‍‍‍‍‍‍

所以，我特别重视实验技术，而最重视的是与遗传学相辅相成的技术：生物化学，特别是其分离纯化。

大家急切地学新技术，单细胞测序、光遗传学。我都嗤之以鼻。我们最近发了文章，终于用了光遗传学，其他人认为这是我们的“好文章”，我认为这是与其他人一样好的文章，但正因为此，我实验室将放弃它，让博士后带到自己实验室去，融入大家的热门，享受大家弹冠相庆的其乐融融。‍‍‍‍

而我决定做“逆行人”：我们要用古老的生物化学分离纯化，来试图突破神经生物学的研究前沿。‍‍

很久很久以前，在座的梅林做过膜蛋白的生化提取，他居然放弃自己的特长，和我们一样做神经生物学，浪费了人才。

我们以前想过用生化分离方法分离影响朊蛋白复制的因子，既不会做生化，也不会做传染病的分子，做不下去。

我们后来脚踏实地，通过好的学生，做能够做的实验。少数人看过我们最近两年的文章，认为我们的蛋白质跑胶很漂亮。那完全不是重点，Western blots是旁门，不是核心。

我们做了三条以生化为核心的研究，今天简介。

第一条是寻找新的神经递质。‍‍‍‍

第二条是寻找调节生物钟的蛋白激酶。

第三条是寻找睡眠的蛋白激酶和蛋白磷酸酶。

神经递质的重要性无需介绍。2011年，我提出：因为绝大多数已知神经递质是通过检测其对外周组织的作用（如血管、肠道的收缩或舒张）而发现的，而寻找递质的工作在1970年代基本就罕见，挺下来的原因是技术导致的，不是概念导致的，所以应该还存在只作用于中枢神经系统的神经递质。我们实验室开始寻找新的神经递质。最早还有李毓龙、柴真老师两个实验室与我们合作。但李老师后来有更好的研究，他们抛弃了我们。不能怪其他实验室，我自己实验室早期参与的学生都有逃跑的。能够坚持下来的只有祝婕敏、贾晓波，后来卞希玲、梁文君、余思涵等加入。我们经过努力学习和改进，纯化突触囊泡（SV）的能力现在非常强。我们用了现代化学分析方法，仔细检测了SV内含的小分子。这是我们几经比较后采用的发现神经递质的新途径。‍‍‍‍‍‍

。。。。。。（视频中有英文介绍）

我们第二条生化研究的线是生物钟。生物钟已知有一个关键蛋白质Per2，在人里面有个突变位点S662非常重要。有18年没能确定磷酸化它的蛋白激酶。早期Fu和Ptacek实验室的徐璎认为是CK1D，后来她发文章说不是。我们经过几次努力，有了识别S662磷酸化位点的抗体。我们筛选到了CK1d和CK1e是其蛋白激酶。徐璎其实最初是对的，后来的误解是因为用的底物肽短了，长一些就会有反应。我们当时稳稳当当认为自己有发现，文章写好了没有投，但其他人的文章发表了。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

我们进一步生物化学分离纯化，发现还有其他蛋白激酶可以作用于S662，可能一道再总结。‍

我们生物化学技术的建立，依赖刘玉祥。他在来我实验室之前学的分离纯化。他还带了实验室其他学生，如李扬、王涛、杨璐、刘路轩、崔云凤等。‍

。。。。。。

我们第三条是研究睡眠相关的蛋白质磷酸化。

此前，我们用果蝇和老鼠发表过5篇睡眠分子机理的文章，基础是遗传。其中，特别有趣的是发现果蝇的D型丝氨酸(D-Ser)促进睡眠。以前认为生物体内没有D型氨基酸，只有L型。二十年来认为有一些D型氨基酸，如D-Ser。但生物学功能研究很少。我们通过遗传筛选，发现D-Ser促进睡眠。不仅如此，它在肠上皮细胞合成。不是肠道菌群，我们不去凑热闹。肠上皮细胞产生的D-Ser，作用于神经细胞的NMDA受体，促进睡眠。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

但果蝇的结论，不清楚能否延伸到哺乳动物。实际上我们和其他人发现过很多影响果蝇睡眠的基因，但经常不清楚是否同样参与哺乳动物的睡眠。‍‍‍

所以，当在座的日本科学家Masashi Yanagisawa在2016年发表SIK3参与小鼠睡眠后，我们围绕这一蛋白激酶做研究。我们通过生物化学分离纯化到条件SIK3蛋白激酶上不同位点磷酸化的蛋白激酶和蛋白磷酸酶（蛋白激酶给蛋白质加磷酸，蛋白磷酸酶给蛋白质减去磷酸）。‍‍‍‍‍‍‍‍‍

这些生物化学领先的工作，让我们不用猜测，而通过分离获得的结果，告诉我们应该研究哪些蛋白激酶、哪些蛋白磷酸酶的功能，特别是它们是否参与睡眠。‍‍‍

其中我们发现有一个蛋白磷酸酶（PPP3CA），当它的被敲低的时候，一个昼夜的睡眠减少三小时，而它的调节亚基（PPP3R1）被敲低的时候，一个昼夜的睡眠减少超过五个小时。这么大的变化远超此前已知的几个遗传确定的影响小鼠睡眠的基因，以前著名的orexin如果敲除，一个昼夜睡眠增加约30分钟，而CaMK的敲除减少睡眠两个小时。‍‍‍‍‍

我们发现PPP3CA只条件SIK3上面T469和S551位点的磷酸化，而不影响T221的磷酸化，显示有高度特异性，而不是广谱去磷酸化。‍‍‍

。。。。。。（视频还有细节）

我们很享受生物化学带来的快乐，它与遗传学一样，不用猜测什么分子，而通过分子的特征告诉我们，应该进一步研究哪些分子。

我们中国神经生物学界普遍缺乏遗传学和生物化学，经常是跟在其他人后面研究其他人已经开始研究的分子。通过阅读文献直接跟，或者通过举一反三、触类旁通跟，本质都一样：跟风。

我们中国植物生物学界可能是用遗传学最好的。‍

生物化学界，还继续做分离纯化的只有少数实验室。‍‍‍‍‍‍

其实，古老的技术非常有用。

只要生物医学还在分子时代，例如过去的一百年和今后的一百年，那么，通过遗传学和生物化学来确定研究什么分子，可能会继续是关键。‍‍‍‍‍‍‍‍

2023年8月1日

饶毅

报告主题：

遗传学家的生化远足

The Biochemical Odyssey of a Geneticist