Нобелевскую премию 2013 г. по физиологии и медицине «За исследование механизмов, регулирующих везикулярный транспорт» получили Джеймс Ротман, Ренди Шекман и Томас Зюдхоф (США).
Премия за везикулы: Нобелевская неделя 2013
Схематичное изображение клетки и «путешествующих» везикул

В 2013 году Нобелевский комитет решил отметить работу ученых, раскрывших тайны внутриклеточного транспорта. Каждая клетка, по сути — «завод» по производству молекул: производится и выбрасывается в кровь инсулин, нейротрансмиттеры передаются от одной клетки к другой… Эти молекулы транспортируются в крошечных «сумках», защищенных мембранами — везикулах. Трое Нобелевских лауреатов этого года выявили молекулярные механизмы, ответственные за то, чтобы этот ценный груз был доставлен вовремя и строго по назначению.

Рэнди Шэкман определил, какие гены необходимы для регулирования везикулярного транспорта. Джеймс Ротман раскрыл тонкости работы белков, обеспечивающих контакт везикулы с «адресатом», необходимый для передачи «груза». Томас Зюдхоф разгадал, какие сигналы получают везикулы, чтобы с точностью высвободить свой груз в нужном месте и в нужное время.

Открытия Шэкмана, Ротмана и Зюдхофа демонстрируют утонченную систему контроля везикулярного транспорта, нарушения в работе которой чреваты неврологическими заболеваниями, диабетом, расстройствами иммунной системы и другими неприятными последствиями.

Внутриклеточный транспорт

Как крупному оживленному порту, клетке, производящей гормоны, нейромедиаторы, цитокины, ферменты и другие молекулы, необходима система, обеспечивающая правильную и своевременную доставку молекулярных «грузов». Пузырьки везикул, окруженные защитными мембранами, перевозят молекулы в пределах клетки (от одной органеллы к другой) или выпускают наружу, слившись с клеточной мембраной. Этот процесс имеет жизненно важное значение: если в качестве груза выступает нейротрансмиттер — его доставка необходима для активации нерва, а, например, «выгруженные» в нужном месте гормоны регулируют процесс обмена веществ. Откуда же эти крошечные пузырьки, везикулы, знают, где и когда сбросить свою ношу?

Мутации и пробки на дорогах

Рэнди Шэкман, очарованный четкой организацией внутриклеточной транспортной системы, взялся за изучение её генетической основы еще в 1970-х годах. В качестве модельных организмов он выбрал дрожжи и выделил среди них те клетки, в которых был нарушен механизм везикулярного транспорта. В результате генетических мутаций в клетке образовывалось подобие дорожных пробок: везикулы скапливались в одной её части. Шекман выделил три класса генов, регулирующих «дорожное движение» внутри клетки, сформировав новое научное видение процессов и механизмов, определяющих организацию везикулярного транспорта.

Белки-«молнии» и идеальная парковка

Джеймс Ротман, также заинтересовавшийся природой внутриклеточной транспортной системы, обнаружил белковый комплекс, который позволяет везикулам присоединяться к клеточной мембране и сливаться с ней. В процессе слияния белковые молекулы на поверхности везикулы и мембраны стыкуются друг с другом, как две половинки замка-молнии. Каждый из множества таких «парковочных» белков может связываться с парным ему только в определенной комбинации. Благодаря такой избирательности гарантируется, что «груз» будет доставлен точно по назначению.

Выяснилось, что ряд генов, кодирующих необходимые для везикулярного транспорта белки и обнаруженных Шэкманом в дрожжевых клетках, имеет своих «потомков» и в клетках млекопитающих, исследованиями которых занимался Ротман. Ученые выявили эволюционную взаимосвязь между везикулярными транспортными системами различных организмов и обозначили важнейшие компоненты этих систем.

Доставка точно по расписанию

Томас Зюдхоф занимался изучением вопроса «общения» нервных клеток мозга между собой. Нейротрансмиттеры (молекулы, служащие для передачи сигнала) доставляются к месту назначения везикулами, сливающимися с мембранами нервных клеток — механизм этого процесса описали Шэкман и Ротман. Но высвобождается этот «груз» не сразу, а только в тот момент, когда нервной клетке необходимо подать сигнал своей соседке. Как везикула «узнает», что момент настал? Было известно, что в этом процессе каким-то образом участвуют ионы кальция, и Зюдхоф стал искать в нервных клетках белки, чувствительные к кальцию. Он выявил механизм, отвечающий за пунктуальность везикул в нервных клетках и позволяющий «пузырькам» высвобождать своё содержимое по команде.

Совместными усилиями трое Нобелевских лауреатов раскрыли тайны фундаментального процесса в физиологии клетки. Везикулярный транспорт работает согласно одним и тем же общим принципам, независимо от того, где он осуществляется — в дрожжах или человеческих клетках. Без удивительно согласованной системы управления везикулярным транспортом клетки оказались бы во власти хаоса, и даже незначительные нарушения в этой системе могут привести к тяжелым последствиям.

По пресс-релизу Nobelprize.org