Нобелевские пузырьки
«Пузырьковый транспорт» в живых клетках
Максим Руссо, Полит.ру
Нобелевская премия 2013 года в области физиологии и медицины присуждена трем ученым, которые стали известными благодаря исследованиям в области клеточной биологии. Джеймс Ротман (James E. Rothman) возглавляет отделение клеточной биологии в Медицинской школе Йельского университета, Рэнди Шекман (Randy W. Schekman) работает в Калифорнийском университете в Беркли. Выходец из Германии Томас Зюдхоф (Thomas Sudhof) с 1983 года работает в США, сейчас он профессор молекулярной и клеточной физиологии в Стенфордском университете. Они смогли установить, как действует механизм переноса молекул через клеточные мембраны.
Слева направо: Джеймс Ротман, Томас Зюдхоф, Ренди Шекман
Секретарь Нобелевского комитета по физиологии и медицине, который по традиции должен объявить лауреатов на всех языках, которыми владел Альфред Нобель, говоря по-русски, упомянул «транспорт пузырьков». На самом деле и в русской научной терминологии давно существует понятие – везикулярный механизм, или везикулярный транспорт.
Для нормальной жизни организма его клетки должны уметь принимать и отправлять молекулы различных веществ, например, гормонов. Но молекулы этих веществ не в состоянии преодолеть клеточную мембрану. Чтобы транспорт веществ между клетками функционировал нормально, существуют везикулы – маленькие пузырьки (лат. vesicula «пузырек»), окружающие молекулы этих веществ тонкой мембраной. Мембрана везикул аналогична той мембране, которая окружает клетку. Когда клетке «нужно» выделить какое-то вещество во внешнюю среду, везикула, содержащая молекулу этого вещества, перемещается к клеточной мембране и сливается с ней, а ее содержимое выбрасывается во внеклеточное пространство. Клетка может и захватить молекулу со своей поверхности, в таком случае клеточная мембрана образует впадину, окружает молекулу, связанную с рецепторами на поверхности клетки, и, в конце концов, смыкается над ней. Молекула, окруженная мембранным слоем, отрывается от наружной мембраны, и образуется внутриклеточная везикула.
Внутри клетки происходят аналогичные вещи. Отдельные органеллы клетки окружены мембранами, и коммуникация между ними возможна при помощи передачи молекул через везикулы. Например, именно везикулы осуществляют доставку белков из эндоплазматической сети в аппарат Гольджи. Разрушение белков, которые выполнили свою функцию в клетке, также не обходится без участия везикул. К молекуле белка, находящейся внутри клетки, присоединяется специальный белок убиквитин, вокруг молекулы возникает везикула, которая доставляет ее к специальному органу клетки – протеасоме, где и происходит разрушение белка.
Рэнди Шекман в опытах с клетками дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) установил 23 гена, которые кодируют белки, ответственные за функционирование везикулярного транспорта. Джеймс Ротман занимался изучением в клеточных структурах белков, обеспечивающих формирование и перемещение везикул. Первым выделенным им белком был N-ethylmaleimide-sensitive factor (NSF). За открытием первого белка вскоре последовало продолжение. На данный момент известно несколько десятков белков, которые участвуют в слиянии везикул с мембраной. Томас Зюдхоф исследовал механизм везикулярного транспорта в синапсах, контактах между нервными клетками, где везикулы содержат нейромедиатор – вещество, обеспечивающее передачу нервного импульса. Зюдхоф установил, что процесс высвобождения нейромедиатора из везикул запускается при повышении содержания ионов кальция в цитоплазме.
Понимание того, как организовано перемещение веществ в клетках организма, имеет большое значение для медицины. Целый ряд болезней связан именно с нарушениями «межклеточного транспорта». Некоторые типы эпилепсии связаны с мутацией в гене, кодирующем белок MUNC-18-1, который участвует в везикулярном механизме в синапсах. При такой болезни как семейный гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз из-за мутаций генов, кодирующих белки везикулярного транспорта, лимфоциты – естественные киллеры не могут должным образом реагировать на клетки-мишени, что в конечном счете приводит к летальному исходу. При ботулизме токсин бактерии Clostridium botulinum разрушает белок SNAP25, обеспечивающий формирование везикул с нейромедиатором, и именно это блокирует передачу нервных импульсов и вызывает паралич.
* * *
Присуждение Нобелевской премии по физиологии и медицине прокомментировала для Полит.ру Елена Надеждина, доктор биологических наук, главный научный сотрудник, руководитель группы клеточной биологии Института белка РАН, зам. заведующего отделом функциональной биохимии биополимеров НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ. Беседовала Наталия Демина.
– Были ли имена трех лауреатов Нобелевской премии по физиологии сюрпризом для вас?
– Это – достаточно известные в своей области ученые, за хорошую работу они получили заслуженную премию в том ключе, в котором ее дают последние годы.
– Как бы вы описали принцип выбора лауреатов Нобелевским комитетом последних лет?
– Это должны быть солидные ученые, которые внесли существенный вклад. Они должны быть хорошо знакомы научному сообществу.
– По реакции журналистов на пресс-конференции в Нобелевском комитете показалось, что эти три имени были совершенно неожиданны…
– Да, это было неожиданно, потому чтобы были другие предположения по более прикладным исследованиям – терапии рака и другим. Но лауреаты – действительно те, кто заслуживает премии. Их имена есть в учебниках, их вклад фундаментален, но про них как-то все забыли…
– Чем их исследования важны?
– Их работы связаны с познанием фундаментальных основ живой клетки. Везикулярный транспорт был той частью внутриклеточной биологии, которая несколько десятилетий тому назад была наименее изучена. Они за нее взялись и смогли понять механизм его работы. Естественно не только они одни, в этой области работали и многие другие исследователи. Но эти трое действительно внесли весомый вклад. И теперь нам стало многое понятно про то, как устроен везикулярный транспорт.
– Вы с кем-то из лауреатов знакомы, могли бы поделиться личными впечатлениями?
– Нет, ни с кем не знакома. К сожалению, у нас в России этим разделом почти никто не занимается. Разве что небольшая группа в Институте цитологии РАН в Санкт-Петербурге. Мы сами начали этим заниматься лишь некоторое время назад, правда, нас волновали несколько другие аспекты проблемы.
– Почему эта область не изучается в России? В чем причина?
– Так исторически сложилось, что в до середины 80-х годов этим еще не занимались, но когда этим на Западе стали заниматься более интенсивно, в России уже не стало хватать финансирования. В науке начинать новую тему всегда более затратно, чем продолжать уже известную область.
– Насколько Нобелевские премии поощряют молодых ученых на работу в науке?
– Мне кажется, что эта премия наиболее важна для пиара науки. Как-то так сложилось, что общество людей, не занимающихся наукой, серьезно относится к этим премиям, практически все знают, что это такое. Этим премиям удалось сохранить свой статус, и считается, что они даются за выдающиеся открытия. Ученый же не может в своей деятельности руководствоваться принципом «А не получить ли мне Нобелевку?». В любых странах и любых разделах науки есть множество более локальных премий, но нормальные ученые не работают для получения наград. Если у кого-то и появляются такие честолюбивые замыслы, то они возникают на более поздних этапах научной карьеры, когда человек достигнет определенного положения.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
08.10.2013