Roger Tsien 在美国出生,是中国科学家钱学森的嫡系侄儿 (遗传学不得不让人相信,聪明是有genetics的基础)。我可不是要说他的族谱(虽然这里也有很多有趣的故事),而是说他的生物学贡献,尤其是在神经生物学和细胞生物学的贡献。牛人就是牛人啊,此人是我心目中真正的不世出的大师。 从小 Roger 身体不太好,只好待在地下室艳慕兄弟们在外栽花逗草,这也让他养成了对光和颜色的偏爱。他将来的研究方向可能与幼时的经历有关。他在Havard上大学之前就得了西屋奖 (1968 年,卖个关子,大家猜猜时什么?和image也有关系,very impressive)。大学里他选择了有机化学--按照他的话说--因为父亲的关系,家里的人都喜欢enigeer相关的专业上。但是好的专业,如 electrical engineering 已被兄长选取,为了不under their shadow,他选了有机化学--这注定了他对分子的engineering的工作--one of the best and most ingenious works. 在Havard学业结束之后,出于对科学的热爱Roger选择继续深造。应该注意的是,此时的Roger已经有研究神经生物学的想法---但是到哪儿深造呢?Roger不想去MIT,其中的一个原因是到那儿会和自己的兄长“撞衫”。Roger一直都有和兄辈相竞争的好强之心--他争取了一个私人基金会的奖学金资助他去Cambridge,UK深造。他的兄长Richard在Oxford取得博士,至少这样俩人是并驾齐驱的 (仅个人想法,无需深究)。
Anyway,长话短说,他的PhD导师是Richard Keynes,一位著名的muscle电生理学家。Richard Keynes 是Nobel 奖得主Alan Lloyd Hodgkin的得意门生,对膜电位和膜通道有极深的造诣。虽然Roger有点不太喜欢研究muscle (可能因为肌肉没有神经元那么神 奇?),但事实上膜电位和膜通道的原理对控制muscle和neuron是一致的。更好的是导师Richard Keynes是一个传统的gentleman,他几乎让roger做他自己想做的事。就在当graduate student的时候,roger有了image brain和image动作电位的想法--正是这种想法bring most of the current neuroscientists into the imaging era.
在Richard Keynes的实验室待了三年(1975-1978)Roger顺利得到了PhD。于1978-1981在Timothy Rink(Cambridge, UK) 的实验室做了短暂的postdoc。在Roger将开始了他在Berkeley独立的实验室的工作前,他已经开始了不平凡的revolutionary的 工作-----trying to synthesize voltage sensitive chemicals to imaging action potential。各位看官可能会问--“不对呀,Roger不是开始合成calcium indicator的吗?怎么会是voltage sensitivedye呢?” 殊不知roger的第一个project确实是合成voltage sensitive dye。 这里的故事为大多数人所不知,且听我慢慢道来。
70年代早中期, 钙离子的关键作用还没有深入人心 ---- in fact the very existence of selective calcium channel is not well established and well accepted !钙离子只被认为存在一些特殊的细胞中。相对而言,the mechanism of action potential 早已被Roger的师祖Hodgkin (及Huxley) work out, 而且被证明广为存在 --- 被认为神经网络的基石之一。作为天才的roger,一个人在小黑屋里冥思苦想了三天三夜 (纯粹为搞笑而已)--- 设计了合成voltage senstive dye的方案。
更为搞笑的是,据说Larry发现的dye和Roger de novo 合成的只差一两个苯环或亚基---------但是Roger的dye的signal却是10倍以上的小,没有办法被检测到---------甭提Roger有多郁闷了(注2)。Roger天人交战了三天,决定放弃他辛苦做了2年的project, 一方面因为他不是第一个做成voltage sensitive dye的,另一方面他觉得voltage sensitive dye的signal to noise ratio在短期内不可能有大的突破(deltaF/F~ 0.5%),还有一个更重要的原因是他有了个新的主意-----这回他决定一定要成功.........
注1: J Membr Biol. 1977 May 6;33(1-2):141-83 Changes in absorption, fluorescence, dichroism, and Birefringence in stained giant axons: : optical measurement of membrane potential. Ross WN, Salzberg BM, Cohen LB, Grinvald A, Davila HV, Waggoner AS, Wang CH.
注2:笔者对Roger向来是无比敬仰的,这里也不的不对Roger的痛苦感同身受。现在无数的signal transduction pathway 都是靠人力screen出来的。同时无数的fluorescent protein的engineering也是靠人力(sometimes 日本人)找到。所以有的时候你要是有足够的人力和物力,你可以screw many smarter persons (当然screen的essay必须是solid的)。
注1: LLNAs, R., R. J. BLINKS, and C. NICHOLSON. 1972. Calcium transients inpresynaptic terminal of squid giant synapse: detection with aequorin. Science (Wash. D.C.). 176:1127
回到Cambridge,UK后,Roger潜心开始合成organic dye for calcium。因为这时,free calcium ion已经隆重的登上了历史舞台,成为了重要的second messenger。按照Roger的话来说 “It is scarcely necessary any longer to stress the importanceof intracellular free Ca2+ as a second messenger for external stimuli and as a regulatory ion." (注1)。确实,此刻的calcium已经被认为是key molecule for secretion,fertilization。同时,他兄长(Richard, at Yale)的工作也implicate钙离子的在骨骼肌和心肌收缩的essential function。这样,calcium的signaling 就有了非常重要physiological和clinical的value。于是Roger 在此时timely的指出“A major technical challenge has been to devise satisfactory means for nondestructively measuring intracellular free Ca2+ with good time resolution” (注1) 。应该注意的是,Roger并没有mention anything related to spatial resolution,为什么? 大家猜猜。
就这样,Roger将以1980 年(注1)的的文章 (唯一作者)结束了在英国的求学。这篇文章里的calcium dye并不完美,比如吸收和发射光谱太靠近UV range (potential badfor cells and problems with autofluroscence),而且signal to noise ratio 也 不太近人意。这篇文章的引用率也没有他下一篇的JBC高,但是Roger在文章里demostrate了rationale合成indicator的concept (比如indicator的calcium bindingaffinity 可以readily tuned),而且他也correctly指出了现有存在的问题及可能解决的方法。这样的文章可能是science发展的typical的流程-----有时你可能do everything right,但是你并不能立马得到完美的结果--------你可能所需的是keeptrying and trying,over and over again-----------机会是喜欢有准备的头脑的。
那么机会喜欢Roger的头脑吗?
“Berkeley, I am coming!”
注1: Tsien, R.Y. (1980) New calcium indicators and buffers with high selectivity against magnesium and protons. Biochemisty 19: 2396-2404