Nobel z medycyny za transport w komórkach

Odkrycia wszystkich trzech badaczy pozwoliły zrozumieć, w jaki sposób nieustannie zachodzący w komórkach przepływ błon umożliwia im transport cząsteczek oraz komunikowanie się ze środowiskiem.

Każda komórka jest minifabryką, w której są wytwarzane i transportowane różne substancje. Są to hormony, takie jak insulina, która zajmuje się transportem glukozy, gdy po posiłku zwiększa się jej poziom we krwi. Inne substancje to neuroprzekaźniki - przekazywane między komórkami mózgu, a także cytokiny i enzymy.

Wszystkie te substancje są transportowane wewnątrz komórek w małych porcjach za pośrednictwem tzw. pęcherzyków. Zasługą tegorocznych laureatów Nagrody Nobla jest odkrycie mechanizmów molekularnych sterujących całym systemem transportu cząsteczek wewnątrz komórki.

Komórka, otoczona błoną, jest najmniejszą jednostką organizmów żywych. W jej wnętrzu przebiegają jednak skomplikowane procesy życiowe. Odbywają się one w małych, ale skomplikowanych strukturach. Największym z nich jest protoplazma, w której znajdują się cytoplazma i jądro komórkowe zawierające główny materiał genetyczny.

Wewnątrz cytoplazmy są tzw. organella, takie jak mitochondria zaopatrujące komórkę w energię, a także rybosomy, w których powstają białka, oraz aparat Golgiego (dojrzewanie białek i modyfikacja zużywanych przez komórkę substancji).

Wiele z tych struktur cytoplazmatycznych otaczają błony różniące się budową chemiczną i funkcjami. Między nimi przekazywane są różne substancje, które muszą być dostarczane w odpowiednich porcjach i we właściwym czasie (podobnie jak w systemie transportu morskiego cargo). Część z nich opuszcza komórkę i przekazywana jest do odpowiedniego miejsca organizmu.

Od tego, jak przebiega transport wewnątrzkomórkowy, zależy funkcjonowanie całego organizmu. Błędy w wydzielaniu insuliny wywołują cukrzycę młodzieńczą (typu I). Zakłócenia w produkcji neuroprzekaźników powodują zaburzenia psychiczne, np. depresję lub schizofrenię. Z kolei wadliwe cytokiny, substancje przekaźnikowe układu immunologicznego, zaburzają odporność.

Randy W. Schekman w latach 70. wykrył błędy, jakie powstają w systemie transportu wewnątrz drożdży. Wraz ze swymi współpracownikami doszedł do wniosku, że powodują je liczne mutacje genetyczne. Niektóre z nich okazały się niezbędne do formowania się pęcherzyków transportujących białka i lipidy między organellami komórki.

James E. Rothman w latach 80. i 90. zajmował się badaniem systemu transportu wewnątrz komórek ssaków. Odkrył, w jaki sposób pęcherzyki z cząsteczkami przyłączają się do odpowiednich błon.

Doszedł do wniosku, że kluczową rolę odgrywają znajdujące się na ich powierzchni białka. Precyzyjnie docierają we właściwe miejsce, ponieważ łączą się wyłącznie z pasującymi tylko do nich białkami na powierzchni błon. Dochodzi do fuzji obu błon, a łączenie to jest podobne do zasuwania zamka błyskawicznego w ubraniach. Wtedy dopiero uwalniana jest zawartość pęcherzyków.

Biała odkryte przez Rothmana w komórkach zwierząt odpowiadały niektórym mutacjom, na jakie Schekman natrafił w drożdżach. Z różnych stron opisali oni ten sam mechanizm transportu wewnątrzkomórkowego.

Thomas C. Suedhof badał zaś, w jaki sposób komunikują się komórki mózgu. Okazało się, że robią to za pośrednictwem neuroprzekaźników, które podobnie jak inne substancje również przekazywane są za pomocą pęcherzyków i przyłączają się do błon komórek nerwowych. Różnica polega na tym, że sygnały te przekazywane są jedynie między sąsiadującymi ze sobą komórkami za pośrednictwem synaps (miejsca komunikacji błony kończącej akson z błoną komórkową drugiej komórki).

Zasługą niemieckiego naukowca jest odkrycie, że gdy impuls nerwowy dotrze do zakończenia aksonu powoduje otwarcie kanałów jonowych wpuszczających jony wapnia. Jony te uaktywniają pęcherzyki presynaptyczne zawierające np. adrenalinę, noradrenalinę, acetylocholinę, które je uwalniają do szczeliny synaptycznej.

Część jego cząsteczek łączy się z receptorami na błonie postsynaptycznej. Powoduje to otworzenie się kanałów dla jonów sodu, a w efekcie depolaryzację błony postsynaptycznej. Otwierają się wtedy kolejne kanały dla sodu i pojawia się sygnał elektryczny rozprzestrzeniający się wzdłuż aksonu do synaps znajdujących się w jego zakończeniach.

Tegoroczni nobliści dowiedli, że ten sam system przekazywania substancji za pośrednictwem pęcherzyków wykorzystywany jest we wszystkich organizmach, zarówno drożdży, jak i zwierząt oraz człowieka. Występuje zarówno w układzie nerwowym, hormonalnym, jak i immunologicznym. Bez niego komórka nie była w stanie funkcjonować i popadłaby w chaos. Życie nie byłoby możliwe.

Nagrodzenie Noblem Rothmana i Schekmana nie jest zaskoczeniem - już od kilku lat byli typowani do tego najbardziej prestiżowego w nauce wyróżnienia. David Pendlebury, analityk Reutersa, który od 1989 r. typuje kandydatów do Nagród Nobla, już w 2009 r. sugerował, że obaj badacze mogą ją otrzymać za odkrycie zjawiska tzw. przepływu błon w komórce. (PAP)

zbw/ agt/ bk/