Nobelova nagrada za medicino 2013

Švedska kraljeva akademija znanosti je za uvod v teden razglasitev prejemnikov Nobelovih nagrad danes razkrila prejemnike Nobelove nagrade za medicino. Letos jo prejmejo ameriški biokemik James Rothman, ameriški biolog Randy Schekman in nemški biokemik Thumas Südhof za odkritja na področju regulacije in organizacije transportnega sistema v celicah.

V celici namreč poteka vrsta biokemijskih procesov, ki razgrajujejo molekule in gradijo druge molekule, hkrati pa morajo v celico vstopati tudi nekatere molekule iz okolja (hranila, signalne molekule), druge pa morajo iz celice tja odpotovati (izločanje hormonov, nevtrotransmiterjev, encimov). Za brezhibno delovanje je nujno potreben organiziran transportni sistem, ki molekule premika po celici. V ta namen celica uporablja vezikle, kakor imenujemo majhne mehurčke v celici, ki jih obdaja lipidni dvosloj. V njihovi notranjosti je lahko marsikaj, od vode, hrane in izločkov naprej.

Letošnji nagrajenci so pomagali osvetliti delovanja tega zapletenega sistema. Schekman je v 70. letih odkril, kateri geni regulirajo transport z vezikli. Raziskave je opravljal na kvasovkah, ki so imele okvarjen sistem za transport z vezikli. To je ugotovil, ker so se vezikli kopičili na nepravih mestih v celici. Ko je odkril, da je razlog genetski, je identificiral mutirane gene in dokazal, da so ti odgovorni za transport.

Rothman je odkril proteine, ki veziklom omogočajo, da se zlijejo s tarčnim mestom, kamor morajo dostaviti svojo vsebino. Študiral je celice v sesalcih in odkril proteinski kompleks, ki veziklom omogoča pripenjanje in zlivanje z membranami na tarči. Vezikli so namreč prav tako kakor ostale membrane obdani z lipidnim dvoslojem, tako da se lahko zlijejo v membrano (ali se od nje oddvojijo, ko nastajajo). Prepoznavanje se vrši s specifičnimi kombinacijami genov. Hkrati je Rothman ugotovil, da so nekateri geni isti, kot jih je desetletje prej odkril Schekman v kvasu. To kaže, da ima transportni sistem skupen izvor, oziroma da se je v toku evolucije verjetno razvil le enkrat, in to že zelo zgodaj.

Südhof pa je ugotovil, kako veziklom signaliziramo, kam morajo odložiti svojo vsebino. Raziskoval je komunikacijo živčni celic v možganih. Te iz veziklov izločajo nevrotransmiterje, ki vzdražijo sosednjo celico. Südhof je analiziral ključno vlogo kalcijevih ionov in odkril proteinski kompleks, ki se odziva na njihovo koncentracijo. Signalizacija poteka takole: v presinaptično celico pripotuje akcijski potencial, ki depolarizira membrano. To povzroči odprtje kanalov, ki prepuščajo kalcijeve ione. Ti potem vdrejo v celico, kar aktivira na kalcij občutljive proteine na veziklih, ki spremenijo obliko membrano, tako da se vezikli zlijejo s celično membrano in iz celice se sprostijo nevtrotransmiterji, ki prepotujejo sinaptično špranjo in se vežejo na receptorje na drugi strani. Kasneje, ko se spet odlepijo od receptorjev, jih prva celica bodisi ponovno posrka in reciklira bodisi se metabolizirajo.