Версия для слабовидящих
Нобелевская премия по медицине и физиологии вручена за изучение внутриклеточного везикулярного транспорта Печать Email
Новости об инновациях
08.10.2013

Эксперты не угадали имена лауреатов первой Нобелевской премии 2013 года. Эксперты не угадали имена лауреатов первой Нобелевской премии 2013 года.

Джеймс Ротман, Рэнди Шекман и Томас Зюдхоф стали нобелиатами за то, что выяснили, какие гены управляют транспортом грузовых везикул внутри клетки и как последняя определяет, в какое время и куда нужно отправить тот или иной груз.

Нобелевская премия по медицине и физиологии 2013 года досталась за исследования системы везикулярного клеточного транспорта, а получили её Джеймс Ротман (James E. Rothman), Рэнди Шекман (Randy W. Schekman) и Томас Зюдхоф (Thomas C. Südhof). Чтобы понять, о чём идёт речь и почему Нобелевский комитет счёл эти работы самыми достойными, можно вспомнить, например, о таких далёких друг от друга веществах, как инсулин и нейромедиаторы. Функции у них совсем различны: инсулин помогает регулировать метаболизм глюкозы, а нейромедиаторы обеспечивают связь между нейронами.

Но у нейромедиаторов и инсулина есть и кое-что общее: они сначала синтезируются в клетке, а потом в специальных мембранных пузырьках-везикулах транспортируются наружу.

От того, как эти пузырьки двигаются, в каком направлении, от того, как клетка определяет время, когда нужно высвободить груз, который несут в себе везикулы, зависят многие важные молекулярные и физиологические процессы. И если в этом механизме случается какая-то аномалия, это может привести к самым разным заболеваниям, от диабета и психоневрологических расстройств до проблем с иммунитетом.

1_1.jpg Рис. 1. Рэнди Шекман (фото UC Berkeley).

По сути, клетке приходится постоянно решать немало сложных логистических задач, связанных с транспортом множества молекул, которые постоянно в ней синтезируются. Разнообразные гормоны, ферменты, цитокины и т. д. после синтеза упаковываются в мембранные цистерны, которые перевозят их либо к другим органеллам внутри клетки, либо к внешней мембране.

Две главные вещи, которые клетке приходится держать «в уме», — это время и маршрут перевозки каждого вещества. Если, к примеру, цистерна-везикула с нейромедиатором вовремя не подойдёт к клеточной мембране и не высвободит в межклеточное пространство своё содержимое, нервный импульс просто заглохнет.

Тут вполне уместно сравнение с крупным морским портом (или аэропортом), с сотнями и тысячами рейсов, распределяемых диспетчерами в круглосуточном режиме. Такие диспетчеры есть и у клетки — специальные белки и гены, которые эти белки кодируют.

Рэнди Шекман

Генетические регуляторы везикулярного транспорта исследовал Рэнди Шекман, которого этот вопрос всегда интриговал и который начал заниматься транспортными везикулами с 1970-х. Г-н Шекман родился в 1948 году, учился в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и Стэнфордском университете (оба — США), учёную степень получил под руководством одного из основоположников молекулярной биологии Артура Корнберга, нобелевского лауреата 1959 года. С 1976 года Рэнди Шекман работает в Калифорнийском университете в Беркли (США) в должности профессора на факультете молекулярной и клеточной биологии. Кроме того, часть своих исследований он проводит в Медицинском институте Говарда Хьюза (США).

Эксперименты с мутантными дрожжевыми клетками помогли г-ну Шекману и его коллегам узнать, что именно гены управляют транспортом везикул внутри клетки: при некоторых мутациях везикулы скапливались в клетках, будучи не в состоянии вывести секретируемый фермент наружу, так что это напоминало транспортную пробку.

Дальнейшие исследования помогли понять, какие гены вовлечены в этот процесс: это три группы, отвечающие за различные этапы формирования и транспорта мембранных везикул.

Джеймс Ротман

Джеймс Ротман, родившийся в 1950 году, занялся проблемой везикулярного транспорта после обучения в Гарварде (США) и нескольких лет работы в Массачусетском технологическом институте (США). Перейдя в 1978-м в Стэнфордский университет (США), он вместе с коллегами попытался выяснить, как грузовые везикулы прибывают на нужное место. В двух статьях, опубликованных в Cell и Nature, исследователи описали механизм белковых взаимодействий, обеспечивающий адресную доставку везикул. Весь здешний механизм сводится к специфичному узнаванию белка на мембране транспортного пузырька и белка на мембране органеллы или внешней клеточной мембране, с которой пузырьку нужно слиться. Эти белки соединяются, подобно застёжке-«молнии», однако их комбинации различны для разных видов везикул, и это служит гарантией того, что груз будет высвобожден именно там, где дóлжно.

2_1.jpg Рис. 2. Джеймс Ротман (фото Columbia University).

Г-н Ротман и его коллеги изучали эти взаимно распознающие белки у млекопитающих, но впоследствии оказалось, что их кодируют те же гены, которые описал у дрожжей Рэнди Шекман, что указывало на эволюционный консерватизм и универсальность системы регуляции везикулярного транспорта у эукариот.

Томас Зюдхоф

Нейрохимика Томаса Зюдхофа интересовало, как нервные клетки общаются друг с другом, поэтому понятно, что в итоге ему пришлось выяснять, как клетка регулирует движение везикул во времени — ведь успешное проведение нервного сигнала зависит от того, когда именно нейромедиаторы высвободятся из везикул в синаптическое пространство.

Г-н Зюдхоф родился в 1955 году в Германии, учёную степень получил в Гёттингенском университете, однако потом перешёл в Техасский университет (США), где работал под руководством сразу двух нобелевских лауреатов — Джозефа Голдштейна и Майкла Брауна. В 1991 году г-н Зюдхоф перебрался в Медицинский институт Говарда Хьюза (США), в котором и опубликовал те работы, что ныне отметил Нобелевский комитет.

3_1.jpg Рис. 3. Томас Зюдхоф (фото Stanford School of Medicine).

К тому времени уже было известно, что в регуляции секреции нейромедиаторов активное участие принимают кальциевые ионы. Томас Зюдхоф и его коллеги занялись изучением белков, чувствительных к ионам кальция, и в итоге им удалось расшифровать молекулярный механизм, реагирующий на приток кальция и заставляющий специальные мембранные белки связаться с везикулами.

По кальциевому сигналу нейромедиаторные цистерны как по команде объединяются с внешней мембраной и выбрасывают содержимое наружу. Основные черты этого механизма описаны в первой половине 1990-х в двух статьях, появившихся в журнале Nature.

За свои работы в этом году он был награжден Ласкеровской премией, а в 2010 году он получил премию Кавли.

4_0.jpg Рис. 4. Везикулы с нейромедиатором (зелёный) вблизи синаптической зоны между нейронами (фото Dennis Kunkel Microscopy).

Как видим, Нобелевский комитет разделил премию между тремя учёными, работавшими с разными аспектами одного и того же явления:

  • во-первых, генетические основы везикулярного транспорта,
  • во-вторых, молекулярные механизмы, отвечающие за адресность доставки,
  • в-третьих, молекулярные механизмы, отвечающие за расписание работы такого транспорта.

Везикулярный внутриклеточный транспорт используют самые разные клетки самых разных организмов, от дрожжей до человека; процесс этот описывается во всех учебниках, так что заслуги нынешних нобелиатов и значение их работ как для фундаментальной, так и прикладной науки не вызывают ни малейшего сомнения.

Область исследований нынешних нобелевских лауреатов относится к фундаментальной клеточной физиологии, причем механизм клеточного транспорта универсален у разных организмов, от дрожжей до человека. Но эти исследования имеют крайне важное значение и для медицины, поскольку нарушение регуляции транспортной системы ввергает клетки в состояние хаоса и ведет к различным заболеваниям.

Прогноз экспертов в этом году не оправдался: Ротман, Шекман и Зюдхоф не назывались фаворитами нынешнего года.

В текущем году специалисты Thomson Reuters полагали, что Нобелевская премия будет вручена за одно из трех направлений.

  • Первое — аутофагия: это внутриклеточное переваривание и утилизация поврежденных фрагментов клетки. Данный процесс происходит в специальных пузырьках-везикулах — аутофагосомах — и позволяет клетке восполнить недостаток питательных веществ и энергии и вернуться к нормальной жизнедеятельности. Нарушение процесса играет большую, но не до конца понятную ученым роль в развитии хронических заболеваний мышц (миопатий) и таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона.
  • Второе направление — эпигенетика, которая исследует химические модификации ДНК и сопутствующих белков, не затрагивающих нуклеотидную последовательность ДНК.
  • Третье направление — изучение молекулярных механизмов рака.

Некоторые эксперты полагали, что «Нобелевку» могут получить другие специалисты, работающие в области молекулярной онкологии. Еще один кандидат на премию — Джозеф Шлессинджер, специалист по внутриклеточным сигналам, изучение которых привело к созданию новых противораковых препаратов. В числе кандидатов называли также лауреатов премии за прорывы в области наук о жизни (одним из учредителей которой является российский бизнесмен Юрий Мильнер) Чарльза Сойерса, одного из разработчиков препарата против хронического миелоидного лейкоза, и Наполеона Феррара, первооткрывателя фактора роста эндотелия сосудов VEGF — белка, стимулирующего рост кровеносных капилляров. Было также мнение, что «Нобелевку» могут получить ученые, изучающие микро-РНК — короткие цепочки РНК, играющие важную роль в регуляции работы генов. Наконец, полагали, что премией будут отмечены работы по регенеративной медицине, в частности работы Энтони Атала, создателя биоинженерного мочевого пузыря и мини-почки

Эксперты, к которым корреспондент «Газеты.Ru» обратился за комментариями, также признали решение Нобелевского комитета неожиданным.

Со времени первого присуждения премии в этой номинации в 1901 году Нобелевской премией по физиологии и медицине был отмечен 201 человек.

Средний возраст лауреатов в этой номинации — 57 лет. Среди лауреатов было два русских ученых: Иван Павлов (1904 год) и Илья Мечников (1908 год). В прошлом году Нобелевскую премию по физиологии и медицине за «открытие возможности перепрограммирования дифференцированных клеток в плюрипотентные» получили британский исследователь Джон Гёрдон и японский исследователь Синъя Яманака.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/articles/2013/nobelevskaya-premiya-po-meditsine-fiziologii-vruchena-za-izuchenie-vnutrikletochnogo-v

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта