רוג'ר טסיין

ביוגרפיה

טסיין הוא צאצא של המשפחה המלכותית ו'וּיֶה (吳越). לפי רישומים היסטוריים, טסיין הוא הדור ה-34 למלך טסיאן לִיוּ (钱镠). מדען הטילים, טסיאן סו-שן, הוא בן דודו של אביו של רוג'ר טסיין. אחיו, ריצ'רד טסיין, אף הוא מדען ופרופסור באוניברסיטת ניו יורק. 
רוג'ר טסיין נולד בניו יורק לשני הורים שהיגרו מג'ג'יאנג שבסין, ומאוחר יותר התחנך בניו ג'רזי. כיוון שבילדותו סבל מאסתמה, שהה טסיין הרבה במעבדה מאולתרת במרתף בית הוריו. בגיל 15, הלך טסיין בקיץ לתוכנית מחקר לנוער באוניברסיטת אוהיו, שם חקר במעבדה את הקשרים תיוציאנאט (thiocyanate) למתכות אחרות ואת חוזק הקשרים ביניהם. בגיל 16 זכה לראשונה בתחרות ארצית למדע על מחקר זה, על אף שראש המעבדה בה היה טען כי המסקנות שלו אינן נכונות.
הוא סיים את התואר הראשון שלו בפיזיקה וכימיה באוניברסיטת הרווארד ב-1972. במהלך לימודיו עבד במעבדה של קיאנג (Nelson Kiang) על ניתוח של ספייקים משבלול האוזן. לאחר מכן, למד במכון לפיזיולוגיה באוניברסיטת קיימברידג' וב-1977 סיים שם את לימודי הדוקטורט בפיזיולוגיה בנושא נוירוביולוגיה. בעבודת הדוקטרט שלו, פיתח טסיין דרך למדידה של כמויות הסידן התוך-תאיות, ויצר את החומר BAPTA. חומר שמזהה סידן היה דרוש אולם בתאים יש רוב של מגנזיום, לו יש את אותו המטען החשמלי ועל כן יש קושי בזיהוי ספציפי של סידן בתא. הדרישה לחומר כזה הייתה משום שלסידן חשיבות גדולה בהעברת מידע בתוך התא. טסיין ידע על EGTA שקושר ספציפית סידן ביחס למגנזיום, אולם צבעו היה שקוף, ועל כן שינה את ה-EGTA בצורה כימית והצליח לייצר את BAPTA, לו יש סלקטיביות גבוהה לסידן ביחס למגנזיום ותכונות אופטיות בעת קישור לסידן.
טסיין עבד באוניברסיטה כבתר-דוקטורנט בין השנים 1977–1981. בתחילת 1982 עבר לאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, שם עבד עד 1989. באותן שנים ניסו במעבדתו לשפר את הצבענים של הסידן ושל יונים אחרים. כמו כן, הם פיתחו אינדיקטור לנתרן. ב-1989 עבד באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו כפרופסור לפרמקולוגיה, לכימיה ולביוכימיה. בתקופה זו עבר לעבור על cAMP, וביחד עם סוזן טיילור (Susan S. Taylor) פיתח צבען לנוכחות של cAMP המבוסס על פלואורסצנציה של PKA, שהוא פרוטאין קינאז תלוי cAMP. בהמשך עבד על שיפור ה-GFP, שנמצא ב-1992.

מחקריו

הוא נודע בעיקר בשל מחקריו על ה-GFP, חלבון פלואורסצנטי שזורח באורך גל אחר מאורך הגל שמוקרן עליו. ה-GFP שינה את פני הביולוגיה של התא והנוירוביולוגיה, באמצעות האפשרות להתבונן בתאים חיים ולעקוב אחר הפעילות של מולקולות תוך-תאיות בזמן אמת. 
בין היתר עבד טסיין עם אריק קנדל ועם סוזן טיילור על חיית המודל אפליזיה (Aplysia) וניסה לבחון את השינויים בריכוזי cAMP בה. הם פיתחו צבען ל-cAMP המבוסס על ההיפרדות בין היחידות הבקרתיות והקטליטיות של PKA בעת קשירה של cAMP. אולם, היו קשיים לעבוד עם הצבען שפיתחו, בין היתר בשל הצורך לבטא את PKA גם בתאים בהם החלבון אינו מבוטא וכן בגלל הגודל הנדרש של התאים. בהתאם לכך הם ניסו ליצור צבען שיכול לחצות ממברנות ולהיקשר ספציפית לחלבונים מסוימים או להתבטא עם החלבונים עצמם. ב-1992 נמצא ה-GFP על ידי שיממורה ודחף מחדש את מחקרו.

פיתוח ה-GFP וחלבונים פלואורסצנטיים נוספים

ה-GFP וחלבונים פלואורסצנטיים נוספים שפותחו במעבדתו של טסיין משמשים למחקר ולמעקב אחר ביטוי של חלבונים בתאים וביצורים שלמים. משתמשים בחלבונים אלה על ידי איחוים לחלבון אותו רוצים לחקור, וכך אפשר לעקוב אחריהם ולאתרם באמצעות מיקרוסקופ בזמן אמת. שימוש בשיטה זו הפך עם השנים למקובל מאוד ואפשר ביצוע מחקרים בביוכימיה, בביולוגיה מולקולרית, בביולוגיה של התא ובנוירוביולוגיה.
מאז גילויו של החלבון, מספר מוטנטים שלו הונדסו ופותחו. אחת מאבני הדרך לפיתוח מוטנטים של GFP הייתה במעבדתו של טסיין, בה נעשתה מוטציה נקודתית (S65T) ל-GFP המקורי שהתגלה. המוטציה הפכה את שיפרה את היכולת הפלואורסצנטית של החלבון, הן בעצמת הזריחה והן בזמן שהחלבון זורח. המוטציה גם גרמה לתזוזה של פיק ספקטרום הזריחה (פלט) ל-489nm (במקום 475nm), בעוד ספקטרום העירור הוא ב-395nm בשניהם. עובדה זו חשובה משום שהיא הובילה לזריחה חזקה יותר בספקטרום האור הנראה, שאפשר להבחין בצבע בעזרת מיקרוסקופ. כמו כן, המוטציה ייצבה את החלבון בטמפרטורת החדר, בעוד החלבון המקורי פעל בטמפרטורות נמוכות בלבד, וכך איפשרה עבודה איתו בטמפרטורות נוחות יותר. במאמר זה גם הראה את מנגנון הפעולה של GFP, שכולל תגובת חמצון-חיזור עם מולקולת חמצן. טסיין גם תרם בהבנה של דרך פעולתו של GFP וכן בפיתוח מוטנטים נוספים.
ביו השנים 1994–1998, יצר מוטנטים שונים של GFP, שגרמו לשינויים מבניים בחלבון. כמו כן, יצר חלבונים שיכולים לזרוח בצבעים שונים, צהוב, ציאן וכחול. הללו משמשים למחקר באמצעות שיטת FRET ‏(Fluorescence resonance energy transfer), כלומר שילוב בין שני חלבונים עליהם יש כרומופור לבדיקה של קשרים בין-חלבוניים או תוך-חלבוניים שנוצרים. יחד עם זה, מעבדתו לא הצליחה ליצור כרומופור אדום. 
ב-1999 גילה סרגיי לוקיאנוב (Lukyanov) עם מעבדתו חלבונים פלואורסצנטיים גם ב-Discosoma, בעל חיים ששייך לצורבים. כיוון שאחד החלבונים שנמצאו היה חלבון שזורח באדום, צבע שמעבדתו של טסיין לא הצליחה לפתח באותה עת, מעבדתו של טסיין ניסתה להבין את מנגנון זריחה זה. בין השנים 2000–2002, יצר טסיין וריאנטים יציבים של DsRED שיכול לזרוח באדום, בוורוד ובכתום, על ידי הפיכת החלבון למונומרי, וכך יצר יכולת לסימון של חלבונים שונים בכל קשת הצבעים. ב-2002 עזר לפתח מונומר ראשון של DsRED, וכן עזר לפענח את ההבדלים המבניים בין DsRED לבין GFP, וכך להסביר את ההבדל בצבעים שנוצרים מזריחתם. ב-2009 יצרה המעבדה בראשה טסיין עומד את ה-IFP, חלבון שמקורו במוטנציות על חלבון חיידקי ולא ממדוזה כקודמיו. חלבון זה מקורו בחלבון איתות חיידקי שבולע אור, אותו הפכו למוטנטי באמצעות מוטגנזה מכוונת.

הדמיית סידן

טסיין הוא בין המפתחים של השיטה להדמיית סידן (Calcium imaging), וכמפתח של צבעים שצובעים בנוכחות של יונים מסוימים, ובהם סידן. אחד מהצבעים שפיתח היה Fura-2, שמשמש לצביעה ולמעקב אחר יוני סידן. צבע נוסף שאף הוא צובע סידן הוא Indo-1, ופותח במעבדתו של טסיין ב-1985. מעבדתו של טסיין גם יצרה צבען שמבוסס על קלמודולין, שכונה קמלאון (Cameleon).
הדמיות סידן נועדו כדי לדמות את המצב של יוני הסידן בתא, ברקמה או במדיום. הרעיון מבוסס על קישור ספציפי בין סידן לבין מולקולה אחרת שהופכת לפלואורסצנטית לאחר הקישור. התהליך מבוסס על מולקולה שנקשרת באופן הפיך וספציפי ליון הסידן, אך באפיניות נמוכה יותר ליונים עם מטען דומה, כמו מגנזיום. חשיבות השיטה היא במעורבות יון הסידן בתהליכים תוך-תאיים רבים. מעבדתו של טסיין גם שיפרה אינדיקטורים לנוכחות של נתרן וכן לבדיקה של פוטנציאל הממברנה.

פרסים והוקרות

ב-2002 קיבל את פרס ACS לחשיבה יצירתית מהאגודה האמריקנית לכימיה. ב-2004 זכה טסיין בפרס וולף למחקר בסיסי ברפואה על מחקרו. ב-2006 התקבל כחבר מן החוץ בחברה המלכותית. ב-2008 בפרס נובל לכימיה, באותה שנה הוא גם הפך לחבר כבוד באגודה המלכותית לכימיה. שנה מאוחר יותר קיבל דוקטורט לשם כבוד מאוניברסיטת הונג קונג.
כמו כן, טסיין נבחר ב-1998 כחבר לאקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית וכן לאקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים.