Лауреатами Нобелевской премии в области физиологии и медицины
Что стоит за процессом в физиологии клетки, который долгое время оставался загадкой для человечества
2013 года стали американцы Джеймс Ротман, Рэнди Шекман и немец Томас Зюдхоф, которые объяснили механизм транспортации веществ в клетках. Look At Me в свою очередь пытается понять и объяснить, в чем же суть их открытий и почему именно их отметили самой престижной международной премией.
Почему это открытие так важно для человечества?
Трое учёных смогли описать фундаментальный процесс в физиологии клетки, который долгое время был для человечества загадкой. Они объяснили, как транспортные пузырьки — везикулы удивительным образом точно «знают», куда и когда доставить то или иное вещество, как внутри клетки, так и за её пределы.
Без чёткой теории, подробно объясняющей механизм доставки веществ, организация клетки виделась лишь хаосом. Это открытие также даёт объяснение того, какое влияние транспортная система клеток оказывает на различные болезни, включая ряд неврологических и иммунологических заболеваний, а также диабет. Глубокое понимание природы этих недугов позволит более эффективно лечить их в будущем.
Зачем клетке транспортная система?
КАК ИЗВЕСТНО, КЛЕТКИ ПРОИЗВОДЯТ МОЛЕКУЛЫразличных веществ — гормонов, нейромедиаторов, цитокинов и ферментов, которые должны быть доставлены в другие места внутри клетки (она имеет различные внутренние отсеки — так называемые органеллы) или экспортироваться из клетки наружу в
нужный момент. Так вот, учёные сравнивают клетки организма с оживлённым портом, которому для нормального функционирования просто необходима система, обеспечивающая отправку грузов в нужное время и в правильный пункт назначения. В роли «упаковок» этих ценных грузов выступают миниатюрные пузыри — везикулы, благодаря которым происходит трансфер. Однако до недавнего времени учёные не понимали, как эти пузырьки «знают», куда и когда отправить свой груз.
Как «пробки на дорогах» клетки дали учёным подсказку?
Американский биолог Рэнди Шекман был буквально очарован тем, как клетки организуют свою транспортную систему, и ещё в 1970-х решил изучить её подробнее на примере дрожжей. Он обнаружил дрожжевые клетки с повреждённой транспортной системой, которая напоминала плохо спланированную схему общественного транспорта. Пузырьки
скапливались в определённых частях клетки, из чего учёный сделал вывод, что причина этих заторов в мутировавших генах. Шекман определил три класса генов, которые контролируют различные аспекты транспортной системы клетки, тем самым сделав большой шаг в изучении механизма транспорта везикул.
Как обеспечивается точность доставки в пункт назначения?
ДЖЕЙМС РОТМАН ИЗУЧАЛ ТЕ ЖЕ САМЫЕ ПРОЦЕССЫ в клетках млекопитающих в 1980–90-х годах. Он обнаружил, что за стыковку пузырьков с мембранами пунктов их назначения отвечает белковый комплекс. В процессе синтеза белки транспортных пузырьков и тех мембран, куда они нацелено двигаются, связываются друг с другом, как две стороны
застёжки-молнии. Тот факт, что они соединяются только в определённых комбинациях, гарантирует, что груз доставляется в точное место. Тот же принцип действует, когда пузырёк связывается с внешней мембраной клетки, чтобы выпустить груз наружу.
Оказалось, что некоторые из генов, обнаруженных Шекманом в дрожжах, соответствовали тем, что нашёл Ротман у млекопитающих. Таким образом учёные доказали очень древнее происхождение этой транспортной системы.
Почему «курьерская служба» клетки никогда не опаздывает?
Томас Зюдхоф в свою очередь интересовался тем, как общаются друг с другом нервные клетки в мозге. Оказалось, что сигнальные молекулы — нейромедиаторы — освобождаются от пузырьков-везикул и сливаются с наружными мембранами нервных клеток с помощью всё того же механизма, обнаруженного Ротманом и Шекманом. Перед учёным остался один вопрос — как эти пузырьки
определяют, когда именно нужно выпустить своё содержимое за пределы клетки, и каким образом этот процесс управляется с такой точностью? В 1990-х Зюдхоф определил молекулярный механизм, который, реагируя на приток ионов кальция, связывает соседские белки с внешней мембраной нервной клетки. При этом застёжка-молния открывается, и сигнальные вещества высвобождаются наружу. Открытие Зюдхофа объяснило, как содержимое пузырьков может «высвобождаться по команде».
