Sejtlogisztika – a 2013-as orvosi Nobel-díjról

Sejtkutatási eredményeikért Thomas C. Südhof (Stanford Egyetem), James E. Rothman (Yale Egyetem) és Randy W. Schekman (Berkeley Egyetem) professzorok kapták a 2013-as orvosi Nobel-díjat. Kutatásaik jelentőségét Reményi Attila, a Biokémiai Tanszék tudományos főmunkatársa magyarázza el az elte.hu olvasóinak.

Az utóbbi évek orvosi Nobel-díjai egyértelműen jelzik a molekuláris biológia fontosságát: az elmúlt két évtized kutatásai bebizonyították, hogy a komplex, sejtszintű jelenségek is feltárhatók, ha azokat a biokémia, azaz az élet molekuláinak szintjén vizsgálják. A vizsgálatok molekuláris szintű megoldásokat jelenthetnek a célzott gyógyszerhatóanyagok tervezése terén.

A Nobel-díjas kutatók munkájának középpontjában az ún. vezikulomok és a vezikuláris transzport áll. A vezikulomok a sejt elosztó szervei, segítségükkel jutnak el a sejtalkotó anyagok (például a fehérjék, a lipidek) a megfelelő helyre. A vezikulomok a sejtmagon kívül helyezkednek el: ebben a térben nagyon fontos folyamatok zajlanak, így a fehérjék szétbontása vagy módosítása, de léteznek zsírok raktározására szakosodott vezikulomok, vagy éppen az idegrendszer működéséhez elengedhetetlen hírvivő molekulák elosztását is a membránnal határolt zsákocskák végzik. A vezikulomok képesek egymással és a sejtmembránnal egybeolvadni, s tartalmukat a sejt belsejébe, illetve annak környezetébe üríteni. A vezikulomok dinamikus viselkedését már nagyon korán felfedezték, hiszen létük és mozgásuk egyszerűbb mikroszkópokkal is látható. A vezikuláris transzport nélkül nincs fejlett sejtes élet, ugyanis ennek segítségével jut a zsákocskák tartalma egyik helyről a másikba. Ez a tartalom felettébb értékes rakomány, s valószínűleg ezért is alakult ki elosztásukra egy külön logisztikai rendszer. Ha a helyes logisztika megbomlik, a sejt elpusztul, vagy akár az organizmus szintű, hírvivő molekulák (például hormonok) működésén alapuló folyamat sérül. A vezikulomok az idegrendszer és az immunrendszer megfelelő működésében is elengedhetetlenek (a sejtek fertőzés esetén például a zsákocskák segítségével koordinálják a kórokozók megsemmisítését).

A vezikulomok segítségével zajló transzport a most díjazott kutatók előtt a klasszikus sejtbiológia területéhez tartozott, és rengeteg kérdés maradt megválaszolatlanul még a múlt század utolsó évtizedeire is. A díjazottak munkája azért jelent áttörést, mert a molekuláris biológia eszköztárát alkalmazzák a vezikuláris transzportban szerepet játszó fehérjék megismerésére. Kiderítették, hogy milyen fehérjék teszik lehetővé a vezikulák kialakulását egy sík membrán rétegből, hogyan mozognak a zsákocskák és hogyan ürítik pontos időzítéssel tartalmukat a megfelelő helyen. Feltérképezték a membránalkotó lipidek és fehérjék közötti, de legfőképp a membránokban elhelyezkedő fehérjék közötti kölcsönhatásokat is.

Randy Shekman a hetvenes években élesztőgomba-sejteken vizsgálta a vezikuláris transzporthoz szükséges fehérjéket, James Rothman később ugyanezeket a folyamatokat emlős sejteken figyelte meg. A professzor által felfedezett fehérjék nagymértékű egyezést mutattak a Randy Shekman által felfedezett élesztő gomba fehérjékkel. Ez arra utal, hogy a vezikuláris transzportért felelős rendszer már a fejlett sejtes élet nagyon korai szakaszában kialakulhatott. Thomas Südhof idegsejtekkel dolgozva a vezikuláris transzport szabályozhatóságát és az „ürítés” mechanizmusait térképezte fel.

A vezikuláris transzport fontosságának felismerése, az abban szerepet játszó molekulák feltérképezése után a kutatók figyelme ma az evolúciós eredet szempontjából ősi rendszer szabályozására irányul. Az utóbbi években világossá vált, hogy a vezikulumok nem passzívan, hanem aktív, kémiai energiát igénylő módon mozognak sejten belül. A folyamatban résztvevő molekuláris motorfehérjék a Biokémiai Tanszéken futó kutatások fókuszában állnak. A fehérjék szempontjából egy vezikula mérete azonban hatalmas, kérdés, hogy hogyan képesek a fehérjék „cipelni” a zsákokat. A másik fontos kérdés, hogy hogyan módosíthatók a már feltárt fehérje-fehérje kölcsönhatások, hogyan serkenthetők a hírvivő molekulák ürítése. A válaszok neurológiai, illetve immunológiai betegségek gyógyításához vihetik közelebb a tudományt.

A Nobel-díjasok kutatásait magyarázó angol nyelvű sajtóanyag itt olvasható.