Нобелевская премия по физиологии и медицине 2013 — за везикулярный транспорт

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине 2013 года стали американские ученые Джеймс Ротман, Рэнди Шекман и Томас Зюдоф за исследования в области межклеточных взаимодействий.

Все живое состоит из клеток. Но просто скопление клеток — это еще не многоклеточность, она появляется тогда, когда клетки начинают друг с другом взаимодействовать. Происходит это путем передачи определенных молекул, упакованных в везикулы — крошечные пузырьки, которые отпочковываются от мембран органелл. Откуда клетки знают, куда и когда нужно доставить ту или иную молекулу? Аспекты этого процесса и исследовали нынешние нобелевские лауреаты.

В человеческом, и любом другом живом организме постоянно происходит множество разных процессов. Пока вы читаете эту статью, сердце перекачивает кровь, эритроциты переносят кислород к органам, глазные мышцы регулируют движение глаз по строчкам, опорно-двигательный аппарат обеспечивает поддержание положения тела в удобной позе, словом, организм живет. И все эти процессы происходят без нашего участия, как бы сами собой. Во многом благодаря тому, что клетки научились решать свои локальные вопросы без того, чтобы отвлекать центральную нервную систему такими пустяками, как биосинтез нужного белка.

В любой живой клетке есть целый набор органелл, которые производят самые разные вещества: гормоны, нейромедиаторы, ферменты. Они должны быть доставлены либо в определенные места той клетки, где синтезируются, либо попасть в другие клетки и ткани. Происходит это посредством везикул — химически инертных органоидов, обеспечивающих метаболизм и транспорт веществ.

Профессор Калифорнийского университета в Беркли Рэнди Шекман еще в 70-х годах прошлого века заинтересовался генетическими механизмами транспорта веществ в клетках у дрожжей. При помощи генетического скрининга он выделил клетки дрожжей с поврежденной транспортной системой. По его словам, это было похоже на плохо работающий общественный транспорт — то тут, то там возникали заторы, везикулы скапливались в одном месте в ожидании момента, когда можно будет выпустить содержимое. Шекман выделил три  класса генов, которые контролируют клеточную транспортную систему.

Джеймс Ротман, профессор Йельского университета, заинтересовался транспортными проблемами клеток позднее, в 80-е годы прошлого столетия. Он обнаружил, что точная доставка содержимого везикул возможна благодаря особому белковому комплексу, встроенному в мембрану, окружающую везикулу. Оказалось, что некоторые гены, которые Шекман определил как ответственные за транспортную регуляцию, работают и у млекопитающих (Ротман работал с культурами клеток грызунов). А впоследствии оказалось, что это универсальный эволюционный механизм и для грибов, и для животных, и для растений.

Область интересов профессора Стэнфордского университета Томаса Зюдофа  - взаимоотношение нервных клеток. Как происходит передача сигнальных молекул — понятно, понятно, какие гены отвечают за процесс. Но каким образом доставка осуществляется точно в срок? Оказалось, что все дело в ионах кальция: они-то и выполняют роль сигнала, по которому белок везикулы связывается с мембраной того места, куда нужно доставить ценный груз.

Знание всех этих процессов чрезвычайно важно для того, чтобы понять механизмы регуляции организма не только в норме, но и при различных патологиях. Нарушения транспортной системы ведут к неврологическим и иммунным заболеваниям, диабету. Шекман сейчас исследует нарушения везикулярного транспорта при болезни Альцгеймера.

В прошлом году премия по физиологии и медицине была присуждена японскому учёному Синъя Яманаке и британскому биологу Джону Гёрдону за работы в области биологии развития и получения индуцированных стволовых клеток.