撰文 | Leon

责编 | 迦溆、雪月

50年前，转录调控研究的大幕正式开启。在转录调控领域的星空中，Donald D. Brown无疑是最耀眼的那颗明星。Donald获得的认可包括美国艺术与科学学院院士、科学院院士、美国科学院的分子生物学奖（NAS Award in Molecular Biology）和拉斯克特别成就奖（Lasker~Koshland Special Achievement Award in Medical Science）等。十年树木，百年树人。Donald的贡献不单单停留在基础研究领域，他还培养了一大批顶尖的科学家，开拓了转录调控领域一个最重要的学术谱系。接下来，就让BioArt小编为大家梳理Donald传奇的研究生涯，以及他对晚辈无私的悉心指导。

Donald D. Brown

（emb.carnegiescience.edu/labs/brown）

科班出身，初露头角

1956年，Donald从芝加哥大学医学院毕业，获得硕士和医学博士学位。在Lloyd M. Kozloff（使用同位素示踪技术进行噬菌体研究的先驱，共同创办了Journal of Virology）的指导下，他的硕士毕业论文做的是病毒入侵机制的研究【1】。第二年，Donald加入NIH，研究氨基酸代谢。1959年，Donald来到了法国巴黎，在巴斯德所的Jacques Monod课题组学习有关原核细胞中酶的研究。彼时的Jacques刚刚获得诺贝尔奖不久，他的指导也让Donald受益良多。1960年，他回到了美国，加入了Carnegie Institution for Science的胚胎学系，研究胚胎发育过程中的基因表达。同时，他也兼职成为Johns Hopkins University的生物学教授。

Carnegie Institution for Science

20世纪50年代中期的时候，科学家们已经对胚胎发育过程的解剖学特征有所了解，但其分子生物学基础仍然不明确。Carnegie Institution for Science的胚胎学系于1913年成立。50年来，该机构对灵长类动物发育的研究硕果累累，但却仅仅停留在描述性的研究，缺少对背后机制的见解。还在医学院的时候，Donald就对基因的本质产生了兴趣。在巴斯德所接受培训的时候，Donald意识到，基因可能是理解胚胎发育的关键。而且，那个时候的基因已经不再是抽象的概念，而是可以用化学方法进行研究的核酸链实体。

Donald建立了独立课题组后，大胆地决定要深入研究胚胎发育中的细节。通过研究特定阶段的早期胚胎和累积其中的核糖体，Donald与合作者John Gurdon（凭借细胞重编程的研究获得2009年的拉斯克奖和2012年的诺贝尔奖）第一次揭示了核仁的功能——生产核糖体RNA【2】。

引领潮流，基因的功能研究

在初始的发育阶段，青蛙胚胎并不制造核糖体，而是使用卵子留下来的储备。当时，没有人知道一个细胞怎么能产生这么多制造蛋白质的机器。Donald的研究表明，青蛙卵自身会扩增rRNA基因，这也是首次发现的基因扩增现象【3】。这篇发表于Science杂志的文章已经被引用近千次。后来人们才发现，基因的扩增不仅仅是胚胎发育的基础，还是癌细胞快速生长的原因之一。

这些大量扩增的基因为Donald分离和研究rRNA基因提供了充足的来源。1960年，Donald开始专注于genetics by gene isolation，即通过分离单个基因并重新恢复其活性，从而研究基因的功能。他们从非洲爪蟾身上分离出了第一个动物基因（5S rRNA基因），并分析了它在发育过程中是如何开启和关闭的。在DNA重组技术出现之前，Donald进行的许多研究阐明了胚胎发育过程的基因表达规律。他向Herbert Boyer和Stanley Cohen（1980年分享了拉斯克奖）提供了18S和28S rRNA基因，促成了他们在1974年发表的经典论文。该工作把基因通过质粒导入细菌中，开启了使用DNA重组技术来研究真核基因的时代。

不仅如此，Donald还分离出了第一个控制基因表达的蛋白，这也开启了一个全新的研究领域——基因的转录调控【5】。

（www.activemotif.com/blog-50-years-eukaryotic-transcription）

开创时代，基因的转录调控

新时代到来以后，Donald迅速采用重组DNA的方法重新分析了5S rRNA。他在5S rRNA基因的中间位置发现了一个区域，该区域可以控制RNA的生成【6】。这是第一个已知的internal control region。根据这一发现，在Donald实验室做过博后的Robert Roeder（2003年拉斯克奖得主）纯化出了与该序列结合的蛋白。该蛋白介导了RNA聚合酶对目标基因的转录——这是第一个被鉴定的真核基因转录因子【7】。

承上启下，激素与胚胎发育研究

Donald的研究引领了一个时代。在随后的研究中，Donald对胚胎发育进行了更深入的研究，包括激素在青蛙和蟾蜍变态发育过程中的作用。通过研究非洲爪蟾复杂的发育过程，Donald发现了甲状腺激素（thyroid hormone，TH）控制的基因及相关的信号通路。他的发现阐明了激素如何控制器官发育，以及如何调控细胞的生长【8, 9】。另外，Donald的研究还告诉我们，激素还可以调控细胞凋亡，使蝌蚪在变成青蛙时失去尾巴【10, 11】。Donald对生物学基础知识做出的巨大贡献，让他成为了20世纪最杰出的生物学家之一。

提携后辈，不遗余力

1982年，Donald敏锐地意识到，生命科学将在药物研发过程中扮演着重要的角色。制药企业的成功很大程度上依赖于高校和研究所培养出来的生物学家，而企业应该反过来投资于高校，以支持下一代研究人才。于是，Donald开始广泛地联系工业界，寻求他们的资金支持。他牵头成立的Life Sciences Research Foundation（LSRF）资助了超过456位那个时代最优秀的科学家，LSRF fellow也是那个年代的年轻科学家所能获得的最高荣誉之一。

（www.lsrf.org/home.html）

Donald还在Carnegie Institution成功建立了一个顶尖的生物学研究项目。Donald精心组织的团队只有不到11名成员，规模很小。但是，他们做研究的质量很高，他们的研究成果几乎构成了胚胎发育分子生物学的全部知识。几乎所有的Donald实验室成员都获得了学术界的认可，他们又继续培养了许多如今家喻户晓的人才，这跟他实验室多样而富有启发性的环境是密不可分的。Donald离任时，系里面的8位PI中有5位是美国科学院院士，剩下的三人中有两人后来也成为了院士，其中一人还获得了诺贝尔奖。

Donald指导过的得意弟子除了Rockefeller University的Robert Roeder院士（转录调控研究的大师，详情参考BioArt报道：致敬Robert Roeder——转录调控研究简史。『珍藏版』真核转录50周年纪念），还有Stowers Institute for Medical Research的Alejandro Sánchez Alvarado院士（详情参考BioArt报道：Nature |Wnt和TGFβ信号协同调控与个体大小相关的生物行为），Pennsylvania State University的Nina Fedoroff院士（转座子研究大师），University of Utah的Dana Carroll院士（基因编辑研究的先驱），Carnegie Institution for Science的Allan Spradling（HHMI研究员，曾获NAS Award in Molecular Biology），University of Geneva的Ueli Schibler（生物节律领域专家），英年早逝的转录调控领域杰出的学者Alan P. Wolffe（1959-2001，最早证明组蛋白乙酰化与转录激活正相关，最早发现MeCP2结合到CpG甲基化位点然后招募HDAC一直基因转录），美国科学院院士、目前炙手可热的相分离领域的领军人物之一Steven McKnight等等，第三代科学家就不更是不胜枚举了。

Don’s efforts are not restricted to his work alone, but to the people he supported and helped become the scientists they are today正如他的一位学生所说，Donald对学术界做出的实质性贡献不仅仅归功于他做的许多基础性的研究，还在于他无私地培养了一代如今是学术界中流砥柱的科学家。

结 语

Two important themes have influenced my 50 years in science. The first is independence. My second theme is the importance of young scientists in research.正如Donald在2012年的获奖致辞中所说，成为一名独立的PI，做自己的boss，本身就是一件趣事。其次，只有年轻人才能做出最好的研究，他们应该得到充分的支持。看着后辈们在事业上取得发展，作为导师的自己也会感到自豪，望同诸君共勉之。

虽然我们说现在不要唯论文，不过对于致敬Donald的这篇文章来说还是列一下好玩的花絮附在文末。Cell杂志是1974年创刊了，Donald作为最早一批在Cell发表论文的作者也创造了一个传奇，从1975年开始到1990年期间的，Donald在Cell发表了29篇研究论文（大概只有2-3篇不是署名Last）。

制版人：珂

参考文献

1. BROWN DD, KOZLOFF LM. Morphological localization of the bacteriophage tail enzyme.J Biol Chem.1957;225(1):1‐11.

2. BROWN DD, GURDON JB. ABSENCE OF RIBOSOMAL RNA SYNTHESIS IN THE ANUCLEOLATE MUTANT OF XENOPUS LAEVIS.Proc Natl Acad Sci U S A. 1964;51(1):139‐146. doi:10.1073/pnas.51.1.139

3. Brown DD, Dawid IB. Specific gene amplification in oocytes. Oocyte nuclei contain extrachromosomal replicas of the genes for ribosomal RNA.Science. 1968;160(3825):272‐280. doi:10.1126/science.160.3825.272

4. Brown DD, Wensink PC, Jordan E. Purification and some characteristics of 5S DNA from Xenopus laevis.Proc Natl Acad Sci U S A. 1971;68(12):3175‐3179. doi:10.1073/pnas.68.12.3175

5. Pelham HR, Brown DD. A specific transcription factor that can bind either the 5S RNA gene or 5S RNA.Proc Natl Acad Sci U S A. 1980;77(7):4170‐4174. doi:10.1073/pnas.77.7.4170

6. Sakonju S, Bogenhagen DF, Brown DD. A control region in the center of the 5S RNA gene directs specific initiation of transcription: I. The 5 border of the region.Cell. 1980;19(1):13‐25. doi:10.1016/0092-8674(80)90384-0

7. Engelke DR, Ng SY, Shastry BS, Roeder RG. Specific interaction of a purified transcription factor with an internal control region of 5S RNA genes.Cell. 1980;19(3):717‐728. doi:10.1016/s0092-8674(80)80048-1

8. Yaoita Y, Brown DD. A correlation of thyroid hormone receptor gene expression with amphibian metamorphosis.Genes Dev.1990;4(11):1917‐1924. doi:10.1101/gad.4.11.1917

9. Yaoita Y, Shi YB, Brown DD. Xenopus laevis alpha and beta thyroid hormone receptors [published correction appears in Proc Natl Acad Sci U S A. 1990 Nov;87(21):8684].Proc Natl Acad Sci U S A.1990;87(18):7090‐7094. doi:10.1073/pnas.87.18.7090

10. Wang Z, Brown DD. Thyroid hormone-induced gene expression program for amphibian tail resorption.J Biol Chem.1993;268(22):16270‐16278.

11. Brown DD, Wang Z, Furlow JD, et al. The thyroid hormone-induced tail resorption program during Xenopus laevis metamorphosis.Proc Natl Acad Sci U S A.1996;93(5):1924‐1929. doi:10.1073/pnas.93.5.1924