Нобелевская премия — за загадку транспорта

Нобелевская премия 2013 года по физиологии и медицине присуждена американцам Джеймсу Ротману и Рэнди Шекману, а также немцу Томасу Зюдхофу за исследование механизмов, регулирующих везикулярный транспорт.

Ученые, удостоенные этой самой престижной премии, открыли загадку внутри- и межклеточного транспорта. Клетку можно сравнить с фабрикой по производству молекул, которые она экспортирует в окружающее пространство. Это гормоны, нейромедиаторы, ферменты, цитокины. Все эти вещества упакованы в маленькие пузырьки - везикулы.

В своих исследованиях Ротман, Шекман и Зюдхоф выявили исключительно точную систему контроля внутриклеточного транспорта и высвобождения полезного груза. Нарушения в этой системе ведут к серьезным последствиям и вносят вклад в развитие различных патологий, например диабета и иммунологических заболеваний.

Образно говоря, транспортная система в клетке работает, как в большом и загруженном порту, где необходимо доставить груз в нужное место в нужное время. Загрузка везикул полезными веществами и выгрузка их в месте назначения происходит путем слияния мембраны везикулы с мембраной клетки. Точность этих процессов в пространстве и времени обеспечивает нервную и гормональную регуляцию работы организма.

Рэнди Шекман еще в 1970-х гг. стал исследовать генетическую основу транспортной системы клетки на модели дрожжей. Он получал мутантные дрожжевые клетки, в которых возникал такой же "транспортный коллапс", как и в мегаполисе в случае выхода из строя общественного транспорта. Ученый описал три класса генов, контролирующих разные аспекты работы транспортной системы.

Джеймс Ротман в период 1980–1990 гг. исследовал транспортную систему в клетках млекопитающих. Он открыл, что белковые комплексы позволяют везикулам парковаться в "доках" и сливать свою мембрану с мембраной клетки. Обратный процесс происходит снаружи клеточной мембраны. Этот механизм похож на работу двусторонней застежки-молнии, которая может расстегиваться как сверху, так и снизу. Ротман нашел у млекопитающих гены, аналогичные описанным Шекманом у дрожжей, что свидетельствует о древнем эволюционном возникновении данного механизма.

Томас Зюдхоф детально исследовал транспорт в нервных клетках, где нейромедиаторы высвобождаются в составе везикул из пресинаптической мембраны, пересекают синаптическую щель и воздействуют на постсинаптическую мембрану. Таким путем - через синапс, место контакта нейронов - передается нервный сигнал. Для этого процесса необходим ток ионов кальция через мембрану. Зюдхоф описал чувствительные к току кальция белки и изучил их слаженную и точную во времени работу.

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 важное значение и для медицины, поскольку нарушение регуляции транспортной системы ввергает клетки в состояние хаоса и ведет к различным заболеваниям.

В текущем году специалисты Thomson Reuters полагали, что Нобелевская премия будет вручена за одно из трех направлений. Первое - аутофагия, 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, исследующая 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. Было также мнение, что высшая награда достанется ученым, изучающим микро-РНК - короткие цепочки РНК, играющие важную роль в регуляции работы генов. Наконец, полагали, что премией будут отмечены исследования по регенеративной медицине, в частности, работы Энтони Аталы, создателя биоинженерного мочевого пузыря и мини-почки.

Сумма каждой из Нобелевских премий в этом году составляет 926 тыс. евро.

По зарубежным источникам