Jesteś w: NAUKA
Pozostałe działy:

Nobel za odkrycie mechanizmów regulujących transport wewnątrzkomórkowy

Komitet Noblowski z Instytutu Karolinska w Sztokholmie ogłosił 7 października, że tegoroczna nagroda Nobla z dziedziny fizjologii lub medycyny zostanie przyznana trzem naukowcom. Otrzymają ją: James E. Rothman, Randy W. Schekman oraz Thomas C. Südhof. Naukowcy zbadali mechanizm głównego systemu transportu w komórkach organizmu ludzkiego, który wykorzystuje pęcherzyki otoczone błoną lipidową.

Każda komórka jest jak fabryka, która produkuje i eksportuje różne cząsteczki. Takimi cząsteczkami są na przykład insulina, czy cząsteczki sygnałowe (neuroprzekaźniki), które są przekazywane z jednej komórki nerwowej do drugiej. Cząsteczki te transportowane są na zewnątrz komórki wewnątrz małych pęcherzyków. Trzej Nobliści odkryli molekularne zasady, na jakich system ten dostarcza odpowiednie cząsteczki w odpowiednie miejsca i w odpowiednim czasie.

Randy Schekman odkrył zestaw genów, które są wymagane do ruchu pęcherzyków. James Rothman rozwikłał działanie całej machinerii białkowej, które umożliwia fuzję pęcherzyków z docelowymi cząsteczkami. Thomas Südhof wykazał, w jaki sposób komórki wysyłają sygnały, które pozwalają na precyzyjne uwolnienie transportowanych cząsteczek.

Komórki złożone są z licznych organelli. Produkowane są w nich cząsteczki, takie jak hormony, neurotransmitery, cytokiny, enzymy. Cząsteczki te muszą być dostarczone w inny rejon komórki lub eksportowane na zewnątrz w ściśle określonym czasie.  Odpowiedzialne za to są miniaturowe pęcherzyki otoczone błoną, które przenoszą ładunek pomiędzy organellami lub wnikają w błonę zewnętrzną komórki i uwalniają transportowane molekuły na zewnątrz. Transport ten ma kluczowe znaczenie. W ten sposób dochodzi na przykład do aktywacji nerwu (w przypadku neurotransmiterów) lub regulacji metabolizmu (hormony). W jaki sposób pęcherzyki wiedzą gdzie i kiedy dostarczyć przenoszony ładunek?

Randy Schekman był zafascynowany tym, jak komórka organizuje swój system transportowy. W 1970 roku zdecydował się rozpocząć badania nad podstawami genetycznymi tego zjawiska, używając drożdży jako systemu modelowego. Przeanalizował profile genetyczne drożdży, które charakteryzowały się wadliwym systemem transportu komórkowego - pęcherzyki transportujące w komórkach tych drożdży gromadziły się jedynie w niektórych miejscach organelli komórkowych. Schekman zidentyfikował trzy klasy genów, które kontrolują różne aspekty komórkowego systemu transportowego, co dało możliwość nowego spojrzenia na ściśle regulowaną "maszynerię", która pośredniczy w transporcie pęcherzyków w komórce.

James Rothman badał transport pęcherzykowy w komórkach ssaków w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych poprzedniego wieku. Odkrył on kompleksy białkowe, które umożliwiają pęcherzykom przyłączenie się i wniknięcie do docelowych błon w komórce. Białka na powierzchni pęcherzyków oraz białka błon komórkowych łącza się specyficznie, jak dwie strony zamka błyskawicznego. Fakt, że istnie wiele takich białek, które łączą się ze sobą tylko w ściśle określonych kombinacjach zapewnia, że ładunek pęcherzyków dostarczany jest precyzyjnie do określonej lokalizacji. Mechanizm ten jest identyczny zarówno w przypadku błon wewnętrznych komórki, jak również jej błony zewnętrznej (kiedy transportowana cząsteczka eksportowana jest na zewnątrz komórki).

Okazało się, że niektóre geny odkryte przez Schekmana w komórkach drożdży kodują białka odpowiadające białkom, które Rothman zidentyfikował u ssaków. Oznacza to prehistoryczne pochodzenie ewolucyjne transportu pęcherzykowego w komórkach.

Thomas Südhof z kolei badał, jak komórki nerwowe komunikują się między sobą w mózgu. Komórki sygnałowe (neurotransmitery) są uwalniane z pęcherzyków, które wnikają w błonę zewnętrzną komórki nerwowej zgodnie z mechanizmem opracowanym przez Rothmana i Schekmana. Pęcherzyki te uwalniają swoją zawartość, kiedy komórka nerwowa wysyła sygnał do komórek sąsiednich. W jaki sposób uwalnianie to jest kontrolowane w tak precyzyjny sposób? Od lat dziewięćdziesiątych wiadomo, że udział w tym procesie biorą jony wapnia. Südhof poszukiwał w komórkach nerwowych białek czułych na jony wapniowe. Odkrył mechanizm molekularny, który reaguje na napływ jonów wapnia i kieruje odpowiednie białka, które powodują szybkie przyłączenie pęcherzyków do zewnętrznej błony komórki nerwowej. Zamek otwiera się i substancje sygnałowe zostają uwolnione na zewnątrz. Odkrycie Südhofa wyjaśnia precyzję w czasie z jaką uwalniane są z komórki substancje i jak zawartość pęcherzyków uwalniana jest "na rozkaz".

Trzej laureaci nagrody Nobla odkryli fundamentalny proces w fizjologii komórki. Ich odkrycia mają istotny wpływ na zrozumienie, jak cząsteczki transportowane są w komórce z ogromną precyzją w czasie i przestrzeni. Transport pęcherzykowy i fuzja pęcherzyków z błonami komórkowymi działa na tych samych zasadach w organizmach tak różnorodnych, jak człowiek i drożdże. System transportowy spełnia krytyczną rolę w wielu procesach fizjologicznych. Uszkodzenie mechanizmu transportu pęcherzykowego występuje w przypadku wielu chorób, w tym w wielu zaburzeniach neurologicznych i immunologicznych, jak również u pacjentów z cukrzycą. Bez tej cudownie precyzyjnej organizacji komórka popadłaby w chaos.

Źródło: www.nobelprize.org

Źródło grafiki: www.sxc.hu