Нобелівська премія — за загадку транспорту

Нобелівську премію 2013 року з фізіології і медицини присуджено американцям Джеймсу Ротману і Ренді Шекману, а також німцеві Томасу Зюдхофу за дослідження механізмів, які регулюють везикулярний транспорт.

Учені, відзначені цією найпрестижнішою премією, відкрили загадку внутрішньо- і міжклітинного транспорту. Клітину можна порівняти з фабрикою з виробництва молекул, які вона експортує в навколишній простір. Це гормони, нейромедіатори, ферменти, цитокіни. Усі ці речовини упаковані в маленькі пухирці - везикули.

У своїх дослідженнях Ротман, Шекман і Зюдхоф виявили надзвичайно точну систему контролю внутрішньоклітинного транспорту і вивільнення корисного вантажу. Порушення в цій системі ведуть до серйозних наслідків і роблять свій внесок у розвиток різних патологій, наприклад діабету та імунологічних захворювань.

Образно кажучи, транспортна система в клітині працює, як у великому і завантаженому порту, де необхідно доставити вантаж у потрібне місце в потрібний час. Завантаження везикул корисними речовинами і вивантаження їх у місці призначення відбуваються шляхом злиття мембрани везикули з мембраною клітини. Точність цих процесів у просторі і часі забезпечує нервову та гормональну регуляцію роботи організму.

Ренді Шекман ще у 1970-х рр. почав досліджувати генетичну основу транспортної системи клітини на моделі дріжджів. Він отримував мутантні дріжджові клітини, у яких виникав такий самий "транспортний колапс", як і в мегаполісі у разі виходу з ладу громадського транспорту. Учений описав три класи генів, які контролюють різні аспекти роботи транспортної системи.

Джеймс Ротман у період 1980-1990 рр. досліджував транспортну систему в клітинах ссавців. Він відкрив, що білкові комплекси дозволяють везикулам паркуватися в "доках" і зливати свою мембрану з мембраною клітини. Зворотний процес відбувається ззовні клітинної мембрани. Цей механізм схожий на роботу двобічної застібки-блискавки, що може розстібатися як зверху, так і знизу. Ротман знайшов у ссавців гени, аналогічні описаним Шекманом у дріжджів, що свідчить про давнє еволюційне виникнення цього механізму.

Томас Зюдхоф детально досліджував транспорт у нервових клітинах, де нейромедіатори вивільняються в складі везикул з пресинаптичної мембрани, перетинають синаптичну щілину і впливають на постсинаптичну мембрану. Таким шляхом - через синапс, місце контакту нейронів - передається нервовий сигнал. Для цього процесу необхідний потік іонів кальцію через мембрану. Зюдхоф описав чутливі до плину кальцію білки і вивчив їх злагоджену і точну в часі роботу.

Сфера досліджень нинішніх нобелівських лауреатів належить до фундаментальної клітинної фізіології, причому механізм клітинного транспорту універсальний у різних організмів, від дріжджів до людини. Але ці дослідження мають важливе значення і для медицини, оскільки порушення регуляції транспортної системи ввергає клітини в стан хаосу і призводить до різних захворювань.

Цього року фахівці Thomson Reuters думали, що Нобелівську премію вручать за одним з трьох напрямів. Перший - аутофагія, внутрішньоклітинне перетравлення та утилізація пошкоджених фрагментів клітини. Цей процес відбувається в спеціальних пухирцях-везикулах - аутофагосомах - і дозволяє клітині заповнити нестачу живильних речовин і енергії та повернутися до нормальної життєдіяльності. Порушення процесу відіграє велику, але не до кінця зрозумілу вченим роль у розвитку хронічних захворювань м'язів (міопатій) і таких нейродегенеративних захворювань, як хвороби Альцгеймера і Паркінсона. Другий напрям - епігенетика, що досліджує хімічні модифікації ДНК і супутніх білків, які не зачіпають нуклеотидну послідовність ДНК. Третій напрям - вивчення молекулярних механізмів раку.

Деякі експерти вважали, що "Нобелівку" можуть отримати інші фахівці, які працюють у сфері молекулярної онкології. Ще один кандидат на премію - Джозеф Шлессінджер, фахівець з внутрішньоклітинних сигналів, вивчення яких привело до створення нових протиракових препаратів. Була також думка, що найвища нагорода дістанеться вченим, які вивчають мікро-рнк - короткі ланцюжки РНК, які відіграють важливу роль у регуляції роботи генів. Нарешті, гадали, що премією будуть відзначені дослідження з регенеративної медицини, зокрема роботи Ентоні Атали, творця біоінженерного сечового міхура та міні-нирки.

Сума кожної з Нобелівських премій цього року становить 926 тис. євро.

За зарубіжними джерелами