Оголошено імена лауреатів Нобелівської премії в галузі фізіології та медицини 2013 р.

Нобелівський комітет при Каролінському медичному інституті в Стокгольмі оголосив імена лауреатів премії в галузі фізіології та медицини. Ними стали вчені із США Джеймс Ротман (James E. Rothman) і Ренді Шекман (Randy W. Schekman), а також Томас Зюдхоф (Thomas C. Sudhof) з Німеччини. Нагорода присуджена за важливі відкриття механізмів, що регулюють везикулярний рух – основну транспортну систему клітин.

Кожна клітина – це своєрідна фабрика, яка виробляє молекули і направляє їх у різні частини тіла, – відзначили в Нобелівському комітеті, коментуючи прийняте рішення. Наприклад, інсулін потрапляє в кров, тоді як сигнальні речовини – нейротрансмітери – передаються від однієї нервової клітини до іншої. Молекули транспортуються по клітині в мікроскопічних пухирцях, які називаються везикулами. Три цьогорічні нобелівські лауреати відкрили принципи, які керують переміщенням молекул у клітині у відповідне місце в потрібний час.
Ренді Шекман ідентифікував групу генів, що відповідають за транспорт везикул. Джеймс Ротман виявив механізм, що дає змогу везикулам зливатися зі своїми мішенями для забезпечення передачі необхідного «вантажу». Томас Зюдхоф встановив, яким чином сигнали керують вивільненням речовин з везикул у відповідний момент. У ході своїх досліджень Дж. Ротман, Р. Шекман і Т. Зюдхоф відкрили дуже точну систему контролю транспорту і доставки клітинного «вантажу». Розлади в цій системі можуть мати небезпечні наслідки для здоров’я людини і призводити до створення умов для виникнення неврологічних захворювань, діабету та імунологічних порушень.

Механізм транспортування клітинного «вантажу»

Транспортна система клітини з її різними складовими – органелами – схожа на великий, сповнений метушні порт, у якому кожен «вантаж» повинен бути відправлений до свого пункту призначення в потрібний час. Клітини виробляють молекули (гормони, нейромедіатори, цитокіни, ферменти), які мають бути доставлені в інші місця всередині клітини або поза її межі у відповідний момент. Час і місце є дуже важливими факторами. Мініатюрні пухирці (везикули), оточені мембранами, транспортують «вантаж» між органелами або зливаються із зовнішньою мембраною клітини, вивільняючи його в міжклітинний простір. Це відіграє велику роль у проведенні нервових імпульсів при передачі хімічних посередників (медіаторів) або контролі метаболічних процесів у разі транспортування гормонів.

Перешкоди у функціонуванні транспортної системи клітини зумовлені генетичними чинниками

ogoloshenoimena1.jpgРенді Шекман народився 1948 р. у м. Сент­Полі, штат Міннесота, США. У 1970 р. у Каліфорнійському університеті в Лос­Анджелесі отримав ступінь бакалавра за спеціальністю «Молекулярна біологія». У 1974 р. у Стенфордському університеті захистив дисертацію за спеціальністю «Біохімія». У 1976 р. Р. Шекман почав викладацьку діяльність на кафедрі біохімії Каліфорнійського університету в Берклі, де й виконав дослідження, що нині удостоїлися вищої в науковому світі нагороди. Сьогодні він продовжує працювати в цьому університеті, обіймаючи з 1989 р. посаду професора молекулярної та клітинної біології. Також Р. Шекман займається науково­дослідницькою діяльністю в Медичному інституті Говарда Хьюза.

Ренді Шекман був захоплений тим, як організована клітинна транспортна система, і в 70-х роках XX ст. вирішив вивчити її генетичну основу на моделі дріжджів. При проведенні генетичного скринінгу він виявив дріжджові клітини з ушкодженим транспортним механізмом, що призводить до ситуації, яка нагадує погано регульовану систему громадського транспорту. Пухирці починають накопичуватися в певних частинах клітини. Учений встановив, що причина цих «заторів» належить до розряду генетичних, і спробував ідентифікувати мутантні гени.
Р. Шекман визначив три класи генів, які контролюють функціонування транспортної системи клітини, і тим самим пролив світло на розуміння строго регульованого механізму, що опосередковує рух везикул у клітині.

Точне стикування

ogoloshenoimena2.jpgДжеймс Ротман народився 1950 р. у м. Хейверхіллі, штат Массачусетс, США. Ступінь бакалавра він отримав 1971 р. в Єльському коледжі. Після цього вступив до аспірантури Гарвардського університету за спеціальністю «Медицина», захистивши 1976 р. дисертацію за спеціальністю «Біохімія». Після захисту дисертації в Гарварді Дж. Ротман кілька років викладав у Массачусетському технологічному інституті; з 1978 р. почав працювати в Стенфордському університеті в Каліфорнії, у якому 1984 р. отримав посаду професора. Саме тоді вчений почав досліджувати везикули клітини. Чотирма роками пізніше Ротман продовжив свою науково­дослідницьку діяльність у Прінстонському університеті в Нью­Джерсі, а ще через 3 роки очолив програму з клітинної біохімії та біофізики Інституту Слоуна­Кеттерінга при Меморіальному онкологічному центрі у Нью­Йорку. У 2004 р. Дж. Ротман став професором фізіології та клітинної біофізики Колумбійського університету і директором тамтешнього Центру хімічної біології. З 2008 р. він обіймає посаду професора і завідувача кафедри клітинної біології Єльського університету у Нью­Хейвені, штат Коннектикут, США.

Джеймс Ротман також був заінтригований природою та особливостями функціонування транспортної системи клітини. При вивченні руху везикул у клітинах ссавців у 80-90-х роках він дослідив, що білковий комплекс дає можливість пухирцям стикуватися і зливатися з мембранами їхніх мішеней. У процесі злиття білки на везикулах і мембрани їхніх мішеней зв’язуються один з одним, як дві половини замка-блискавки. Завдяки тому, що існує багато таких білків і зв’язуються вони лише в певних комбінаціях, «вантаж» доставляється точно до місця призначення.
З’ясувалося, що ці білкові комплекси у ссавців кодуються деякими з генів, які були ідентифіковані Ренді Шекманом при дослідженні на дріжджах. Отже, механізми, виявлені нобелівськими лауреатами, є універсальними, оскільки були відкриті й доведені на дріжджових клітинах і клітинах експериментальних теплокровних тварин.

Час вирішує все

ogoloshenoimena3.jpgТомас Зюдхоф народився 1955 р. у м. Геттінгені у Західній Німеччині. Спочатку навчався в Геттінгенському університеті імені Георга­Августа, де 1982 р. отримав звання доктора медицини, а також докторський ступінь з нейрохімії. У 1983 р. переїхав до США, де продовжив свою трудову діяльність у відділенні молекулярної генетики Південно­Західного медичного центру Техаського університету в Далласі. Там він працював під керівництвом майбутніх нобелівських лауреатів у галузі фізіології та медицини 1985 р. – Майкла Брауна (Michael S. Brown) і Джозефа Голдстейна (Joseph L. Goldstein). З 1991 р. Т. Зюдхоф займається науково­дослідницькою діяльністю в Медичному інституті Говарда Хьюза, а з 2008 р. і дотепер обіймає посаду професора молекулярної і клітинної фізіології у Стенфордському університеті.

З’ясовано, що просторова точність доставки потрібних молекул забезпечується білковими комплексами, але чим тоді пояснюється її часова точність? На це запитання намагався знайти відповідь Томас Зюдхоф, вивчаючи взаємодію нервових клітин у мозку. Сигнальні молекули, нейромедіатори, передаються від одного нейрона до іншого за допомогою везикул відповідно до механізму, описаного Р. Шекманом і Дж. Ротманом, але віддати свій вміст везикули повинні лише в строго визначений момент, коли виникає необхідність у передачі нервового сигналу. Оскільки вже було відомо, що важливу роль у цьому процесі відіграють іони кальцію, Т. Зюдхоф у 90-х роках розпочав пошуки чутливих до кальцію білків на мембрані нервових клітин. Це дало йому змогу виявити молекулярні механізми, які відповідають за приплив іонів кальцію і направляють сусідні білки швидко з’єднувати везикули із зовнішньою мембраною нервової клітини. При цьому «замок-блискавка» відкривається, і відбувається вивільнення сигнальних речовин. Відкриттям Т. Зюдхофа пояснюється, яким чином досягається часова точність клітинного транспорту і як везикули можуть звільнитися від свого вмісту за командою.
Таким чином, три лауреати Нобелівської премії відкрили фундаментальний процес у фізіології клітини, показавши, як «вантаж» доставляється в потрібний час у точне місце всередині клітини чи за її межі. Транспортна система клітини є важливою для перебігу ряду фізіологічних процесів, при яких злиття везикул має контролюватися, починаючи від сигналізації в мозку і до вивільнення гормонів та імунних медіаторів – цитокінів. Рух дефектних везикул може спостерігатися при різних захворюваннях, у т.ч. при неврологічних та імунологічних порушеннях, а також при діабеті. Без такої відмінної організації злагоджене функціонування клітини могло би перетворитися на хаос.

За матеріалами http://www.nobelprize.org

Підготувала Марина Малєй
Поділитися з друзями: