Nobelova cena: Jak se v buňkách přesouvají proteiny

Objevy oceněné letošní Nobelovou cenou za lékařství mají klíčový význam z hlediska porozumění jednomu ze základních buněčných mechanismů.

 | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy foto: © ReutersČeská pozice

Letošní Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství získali tři američtí badatelé v oboru buněčné biologie – James Rothman (*1950, Yale University), Randy Schekman (*1948, University of California, Berkeley) a Thomas Südhof (*1955, původem z Německa, Stanford University). Všichni tři mají z dřívějška za základní lékařský výzkum také cenu Alberta Laskera, která je často jakousi předzvěstí Nobelovy ceny.

Laureáti učinili základní objevy týkající se mechanismů toho, jak jsou transportovány proteiny na správná místa v buňce, popřípadě jak jsou vylučovány z buňky ven.

Trocha teorie

Buňky vyšších organismů (takzvané eukaryotické, tedy s jádrem) zdaleka nejsou, jak by se mohlo zdát z populárních obrázků, jen jednoduchými „balonky“, ve kterých povrchová lipidová membrána obklopuje tekutý obsah (cytoplasmu) a buněčné jádro.

Ve skutečnosti je vnitřek většiny buněk (polotekutá cytoplasma) prostoupen složitým systémem vnitrobuněčných membrán oddělujících řadu funkčně specializovaných „orgánů“ (správně se jim říká „organely“), mezi které patří například takzvané endoplasmatické retikulum, Golgiho aparát, mitochondrie, lysosomy, endosomy, a samozřejmě buněčné jádro. Za zvláštní organelu můžeme považovat i povrchovou membránu buňky.

Poruchy buněčného transportního systému způsobují mnohá závažná onemocněníProteiny (bílkoviny), tedy hlavní molekuly, z nichž jsou vystavěny buněčné struktury a které obstarávají většinu funkcí buňky, se tvoří ve složitých miniaturních „molekulárních čtečkách“, zvaných ribosomy, podle předpisu zapsaného v pořadí „genetických písmenek“ v jaderné deoxyribonukleové kyselině (DNA), respektive její kopii zvané RNA. Vyrobené proteiny se pak musejí dostat z místa vzniku (většinou v cytoplasmě) ve správný čas na správná místa určení v buňce, popřípadě i mimo ni.

Výsledky nyní oceněných badatelů položily základy k našemu dnešnímu porozumění toho, jak fungují ony nezbytné buněčné transportní systémy. Ukázalo se, že jsou ve velké většině založeny na takzvaných transportních váčcích, tedy malých měchýřcích vytvořených z lipidové membrány, které se oddělují z jedné organely a putují k jiné organele, s jejíž membránou splývají. Tyto transportní váčky nesou uvnitř, nebo přímo v oné lipidové membráně „náklad“ příslušných proteinů, který je po fúzi s cílovou organelou do ní uvolněn.

Je zřejmé, že tyto váčky musejí mít na svém povrchu nějaká zařízení, pomocí kterých poznají správnou cílovou organelu. Dnes víme, že tento transportní systém je závislý na bezchybné funkci mnoha stovek druhů proteinových a lipidových molekul. Pokud některá z těchto komponent chybí nebo nefunguje správně, dochází k jakési „zácpě“ – některé proteiny se hromadí na nepatřičných místech v buňce a na místě určení se jich nedostává. To může být fatální.

  • Randy Schekman ve svých klasických studiích ze 70. let 20. století identifikoval u buněk kvasinek řadu genů, které kódují kritické proteiny nezbytné pro fungování tohoto vnitrobuněčného transportního systému. Využil přitom toho, že u kvasinek se dají poměrně snadno připravit tisíce různých mutantů, a je pak jen potřeba vyselektovat z nich ty informativní – v tomto případě ty, které mají poruchy ve fungování transportních váčků.
  • James Rothman o několik let později identifikoval u savčích buněk první proteiny, pomocí kterých transportní váčky rozeznají specifické struktury na povrchu cílových organel. Ukázalo se, že klíčové proteiny jsou velmi podobné u kvasinek i u savců, což ukazuje na jejich pradávný evoluční původ.
  • Thomas Südhof začínal vědeckou kariéru v laboratoři Michaela Browna a Josepha Goldsteina, kteří v roce 1985 také dostali Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu. V 90. letech se zaměřil na molekulární mechanismy fungování speciálních transportních váčků – těch, které umožňují komunikaci mezi neurony (buňkami tvořícími nervový systém). Tyto buňky spolu komunikují hlavně pomocí několika typů chemických látek (takzavené neurotransmitery, nervové přenašeče), které jsou uvolňovány jednou buňkou z transportních váčků do úzké mezibuněčné štěrbiny, a pak působí na buňku sousední. To se ale děje pouze tehdy, pokud má dojít k přenosu signálu mezi oběma buňkami – tento děj tedy musí být precizně načasován. Ukázalo se, že tyto děje jsou regulovány změnami koncentrace vápenatých iontů. Výzkum laboratoře Thomase Südhofa identifikoval proteiny, které fungují jako senzory vápenatých iontů a spouštějí fúzi transportních váčků s povrchovou membránou.

Objevy oceněné letošní Nobelovou cenou mají zásadní význam z hlediska základního výzkumu – porozumění jednomu z fundamentálních buněčných mechanismů, ale plynou z nich i důležité praktické důsledky. Poruchy tohoto systému totiž způsobují mnohá závažná onemocnění. Jde například o některé formy diabetu (poruchy transportu insulinu), některé neurologické a psychiatrické poruchy způsobené defektním transportem nervových přenašečů či imunodeficience způsobené defektním vylučováním takzvaných cytokinů (jakési hormony imunitního systému).

Do pomyslné „nobelovské třídy“ badatelů, kteří učinili významné objevy, patří podle mínění mnohých nejméně desetkrát více osobností, než je těch několik, na které se dostaneAsi nepřekvapí, že zásadní práce, které dnes těmto třem badatelům přinesly Nobelovu cenu, byly publikovány v nejprestižnějších odborných časopisech (Nature, Cell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA) s vysokým impaktovým faktorem (to jen k nedávným diskusím, ve kterých někteří tvrdili, že impaktový faktor je cosi irelevantního). A neuškodí uvést ani citační parametry těchto „borců“ – práce Jamese Rothmana získaly skoro 43 tisíc citací, jeho h-index je 111; u Randyho Schekmana jsou tyto parametry 26 tisíc a h=93, u Thomase Südhofa je to dokonce 58 tisíc citací a h=134.

Udělování Nobelových cen je asi čím dál tím více kontroverzní – do pomyslné „nobelovské třídy“ badatelů, kteří učinili opravdu významné objevy, patří podle mínění mnohých nejméně desetkrát více osobností, než je těch několik, na které se dostane. Udělování této nejprestižnější ceny pak má samozřejmě rysy jakési loterie. Zvláště u laiků, ale kupodivu i u vědců, vzniká falešný dojem, že nobelisté jsou jakousi super-extratřídou, mnohem významnější než ti, na které se nedostalo.

Počet příspěvků: 2, poslední 3.11.2013 03:24 Zobrazuji posledních 2 příspěvků.