Premiul NobelAdunarea Nobel de la Institutul Karolinska a decis astăzi să acorde Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în anul 2013 lui James E. Rothman, Randy W. Schekman şi Thomas C. Südhof pentru descoperirile lor din domeniul mecanismelor ce reglează transportul veziculelor, un sistem de transport major din celulele noastre.

 

 


Premiul Nobel din 2013 aduce recunoaştere celor trei oameni de ştiinţă care au rezolvat misterul modului în care celula îşi organizează sistemul de transport. Fiecare celulă este o ”fabrică” ce produce şi exportă molecule. De exemplu, insulina este produsă şi eliberată în sânge, iar semnalele chimice numite neurotransmiţători sunt trimise de la o celulă nervoasă la alta. Aceste molecule sunt transportate prin celule în mici ”pachete” numite vezicule. Cei trei laureaţi ai Premiului Nobel au descoperit principiile moleculare care guvernează modul în care această încărcătură este livrată celulei la locul şi momentul potrivit. 

Randy Schekman a descoperit un set de gene necesare pentru transportul veziculelor. James Rothman a desluşit mecanismele proteice care permit veziculelor să fuzioneze cu ţintele lor pentru a permite transferul încărcăturii. Thomas Südhof a dezvăluit cum semnalele instruiesc veziculele să elibereze încărcătura cu precizie.

Prin descoperirile lor, Rothman, Schekman şi Südhof au dezvăluit sistemul de control extrem de precis al transportului şi livrării încărcăturilor celulare. Perturbările acestui sistem au efecte dăunătoare şi contribuie la tulburări precum boli neurologice, diabet şi tulburări imunologice.

 

 

Cum este transportată încărcătura în celulă

Într-un port mare şi aglomerat, este nevoie de sisteme pentru a ne asigura că încărcătura corectă este trimisă la destinaţia corectă la momentul potrivit. Celula, cu diferitele ei compartimente numite organite, se confruntă cu o problemă similară: celulele produc molecule, cum ar fi hormoni, neurotransmiţători, citokine şi enzime care trebuie să fie livrate către alte locuri din interiorul celulei sau exportate în afara ei exact la momentul potrivit. Sincronizarea şi localizarea înseamnă totul. Veziculele miniaturale asemănătoare cu nişte baloane, înconjurate de membrane, transportă încărcătura de la un organit la altul sau fuzionează cu membrana externă a celulei şi eliberează încărcătura în afară. Acesta este un lucru de importanţă majoră, declanşând activarea nervoasă, în cazul substanţelor transmiţătoare, sau controlând metabolismul, în cazul hormonilor. De unde ştiu aceste vezicule unde şi când să-şi livreze încărcătura?

 

”Ambuteiajele” dezvăluie operatorii genetici

Randy Schekman era fascinat de felul în care celula îşi organizează sistemul de transport şi în anii ‘70 a decis să studieze baza genetică a acestuia, folosind drojdia drept model. Prin screening genetic, el a identificat celulele de drojdie cu mecanisme de transport defectuoase, care dădeau naştere unei situaţii asemănătoare cu cea a unui sistem de transport în comun prost planificat. Veziculele se adunau în anumite părţi ale celulei. El a descoperit că motivul acestei aglomerări era unul genetic şi a mers mai departe, identificând genele modificate. Schekman a identificat trei clase de gene care controlează diferite faţete ale sistemului de transport al celulei, oferind astfel noi informaţii asupra mecanismelor fin reglate care mediază transportul vezicular în interiorul celulei.

”Acostarea” cu precizie

James Rothman era şi el intrigat de natura sistemului de transport al celulei. Atunci când studia transportul vezicular al celulelor mamiferelor în anii ’80 şi ‘90, Rothman a descoperit că un complex de proteine le permite veziculelor să ”acosteze” şi să fuzioneze cu membranele lor ţintă. În timpul procesului de fuzionare, proteinele de pe vezicule şi de pe membranele-ţintă se ataşează unele de celelalte, la fel ca cele două părţi ale unui fermoar. Faptul că există multe astfel de proteine şi că ele se ataşează unele altora doar în anumite combinaţii asigură livrarea acelei încărcături într-un loc precis. Acelaşi principiu operează în interiorul celulei şi atunci când o veziculă se ataşează membranei externe a celulei pentru a-şi elibera conţinutul.

S-a dovedit că unele dintre genele descoperite de  Schekman în drojdie codifică proteine care corespund cu cele pe care Rothman le-a identificat la mamifere, dezvăluind o origine evoluţionistă străveche a sistemului de transport. Împreună, aceştia au identificat componente esenţiale ale mecanismelor transportului celular.

Sincronizarea înseamnă totul

Thomas Südhof era interesat de modul în care celulele nervoase comunică între ele în interiorul creierului. Moleculele care trimit semnale, neurotransmiţătorii, sunt eliberate de vezicule care fuzionează cu membrana externă a celulelor nervoase folosind mecanismul descoperit de  Rothman şi Schekman. Însă acestor vezicule li se permite să-şi elibereze conţinutul doar atunci când celula nervoasă trimite semnale către ”vecinii” ei. Cum se face că eliberarea este controlată într-un mod atât de exact? Se ştia că ionii de calciu sunt implicaţi în acest proces, iar în anii ’90 Südhof a căutat proteinele sensibile la calciu din celulele nervoase. El a identificat mecanismele moleculare ce reacţionează la un influx de ioni de calciu şi îndrumă rapid proteinele din vecinătate să ataşeze veziculele la membrana externă a celulei nervoase. ”Fermoarul” se deschide şi substanţele semnalizatoare sunt eliberate. Descoperirea lui Südhof a explicat cum este atinsă precizia temporală şi cum conţinutul veziculelor poate fi eliberat la comandă.

Transportul vezicular ne ajută să înţelegem procesele referitoare la boli

Cei trei laureaţi ai Premiului Nobel au descoperit un proces fundamental din fiziologia celulei. Aceste descoperiri au avut un impact major asupra înţelegerii noastre privind modul în care încărcătura este livrată la timp şi cu precizie, în interiorul şi în afara celulei. Transportul vezicular şi fuziunea operează, conform aceloraşi principii generale, în organisme pe atât de diferite pe cât sunt drojdia şi omul. Sistemul este esenţial pentru o varietate de procese fiziologice în care fuzionarea veziculelor trebuie să fie controlată, de la semnalele trimise către creier şi până la eliberarea hormonilor şi a citokinelor imunitare. Transportul vezicular defectuos apare odată cu o varietate de boli, inclusiv tulburări neurologice şi imunologice, precum şi diabet. Fără această organizare minunat de exactă, celulele ar lua-o razna.

Laureaţii

James E. Rothman s-a născut 1950 în Haverhill, Massachusetts, SUA. El şi-a luat doctoratul la Facultatea de Medicină Harvard în 1976, a fost membru postdoctoral al Institutului de Tehnologie din Massachusetts şi s-a mutat în 1978 la Universitatea Stanford din California, unde şi-a început cercetarea asupra veziculelor celulei. Rothman a lucrat şi la Universitatea Princeton, la Institutul Memorial Sloan-Kettering pentru Cercetarea Cancerului şi la Universitatea Columbia. În 2008, el s-a alăturat Universităţii Yale din New Haven, Connecticut, SUA, unde este în prezent profesor şi şeful Departamentului de Biologie Celulară.

Randy W. Schekman s-a născut în 1948 în St Paul, Minnesota, SUA, a studiat la Universitatea California din Los Angeles şi la Universitatea Stanford, unde şi-a obţinut în 1974 doctoratul, sub supravegherea lui Arthur Kornberg (care a luat Premiul Nobel în 1959), în acelaşi departament căruia i s-a alăturat, câţiva ani mai târziu, şi Rothman. În 1976, Schekman s-a alăturat Universităţii California din Berkeley, unde este în prezent profesor în Departamentul de Biologie Moleculară şi Celulară. Schekman este şi cercetător la Institutul Medical Howard Hughes.

Thomas C. Südhof s-a născut în 1955 în Göttingen, Germania. A studiat la Universitatea Georg-August  din Göttingen, unde şi-a primit titlul de Doctor în Medicină în 1982 şi a obţinut un doctorat în neurochimie în acelaşi an. În 1983, el s-a mutat la Centrul Medical de Sud-vest al Universităţii Texas din Dallas, în calitate de colaborator postdoctoral de-al lui Michael Brown şi Joseph Goldstein (care au obţinut împreună Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1985). Südhof a devenit cercetător la Institutul Medical Howard Hughes în 1991 şi a fost numit Profesor de Fiziologie Moleculară şi Celulară la Universitatea Stanford în 2008.

   

Traducere de Ana Dumitrache după Medicine Nobel Prize 2013