Po co nam transport komórkowy? Nobel 2013 w medycynie niezasłużony?

Wszystkie komórki budujące organizm człowieka można potraktować jak fabryki składające się z mniejszych elementów - organelli. To właśnie komunikacja i transport składników odżywczych między organellami umożliwia prawidłowe funkcjonowanie nie tylko poszczególnych komórek, ale i całego organizmu. Jak to się dzieje, że wszystkie, często przeciwstawne procesy, odbywają się we właściwym czasie? Mechanizm ten wyjaśniają badania trójki naukowców - dwóch Amerykanów i Niemca - tegorocznych laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny.

Tegoroczny Nobel z medycyny to spore zaskoczenie. W ostatnich dniach faworytami środowiska naukowego byli badacze zajmujący się rakiem piersi, metylacją DNA oraz autofagią. Agencja Thomson Reuters, która od lat z niezłą skutecznością, przewiduje laureatów, tym razem poległa.

Nagrody Nobla nie dostał Dennis J. Slamon z Uniwersytetu Kalifornijskiego, który w ostatnich latach wyraźnie przyczynił się do wzrostu wyleczalności raka piersi. Slamon jako pierwszy na świecie zbadał wpływ receptorów HER2 na rozwój raka piersi. Odkrył, że receptory te znajdują się zarówno w zdrowych, jak i chorych komórkach. U tej drugiej grupy jest ich jednak znacznie więcej, co ma wpływ na rozwój nowotworów. Według najnowszych danych, nadmiar receptorów HER2 występuje u 20-30 proc. wszystkich kobiet dotkniętych rakiem piersi. To najprawdopodobniej one umożliwiają rozwój agresywnych postaci nowotworów i tworzenie przerzutów.

Po odkryciu znaczenia receptorów HER2 w transformacji nowotworowej, Slamon poświęcił 12 lat nad opracowaniem leku - herceptyny, która jest przeciwciałem monoklonalnym zdolnym do przyłączania się do receptorów HER2. Dzięki temu, złośliwe komórki zostają odpowiednio oznaczone, a nasz układ odpornościowy je neutralizuje, co hamuje ekspansję nowotworu. Dzisiaj herceptyna ratuje tysiące kobiet rocznie.

Wystarczającego uznania do przyznania nagrody nie uzyskały też badania nad metylacją DNA prowadzone przez Adriana P. Birda z Uniwersytetu w Edynburgu, Howarda Cedara z Uniwersytetu Hebrajskiego i Aharona Razina z Uniwersytetu Jerozolimskiego.

Metylacja DNA jest procesem przyłączania grup metylowych do zasad azotowych budujących nukleotydy, czyli podstawowe części składowe DNA. Efektem metylacji jest czasowa dezaktywacja konkretnego genu, co może być wykorzystane w podstawowej terapii genomowej. Naukowcy wiedzą, że metylacja DNA to naturalny sposób organizmu na kontrolę ważnych procesów życiowych, a jej zaburzenia mogą indukować proces nowotworzenia.

W tym roku sukcesu nie odnieśli również Daniel J. Klionsky z Uniwersytetu Michigan, Noboru Mizushima z Uniwersytetu w Tokio i Yoshinori Ohsumi z Tokijskiego Instytutu Technologii w Jokohamie. Prowadzili oni badania nad autofagią, czyli procesem trawienia przez komórki organizmu obumarłych i uszkodzonych elementów. Naukowcy odkryli, że w autofagię jest zaangażowanych ponad 30 różnych genów, a zaburzenia w ich ekspresji mogą prowadzić do rozwoju wielu groźnych chorób.

Członkowie Komitetu Noblowskiego z Instytutu Karolinska w Sztokholmie w tym roku mieli trudny orzech do zgryzienia, choć dokonali chyba najmniej spodziewanego wyboru. Nie oznacza to jednak, że nagrodzone badania nie są istotne z punktu widzenia medycyny.

Tegoroczni nobliści - James Rothman, Randy Schekman oraz Thomas Südhof - już w latach 70. rozpoczęli badania, które doprowadziły do lepszego zrozumienia, w jaki sposób funkcjonują najbardziej skomplikowane fabryki na Ziemi - komórki naszego organizmu.

Produkowane przez komórki substancje nie są uwalniane do organizmu w wolnej postaci. Np. wydzielana przez komórki trzustki do krwi insulina jest pakowana w specjalne pęcherzyki lipidowe, które dostarczają ją do konkretnego miejsca. Proces ten bierze udział również w usuwaniu szkodliwych substancji z komórek. Zakłócenia w pracy tego mechanizmu mogą prowadzić do poważnych chorób autoimmunologicznych i neurodegeneracyjnych.

Tegoroczni nobliści odkryli, jak pęcherzyki lipidowe powstają, w jaki sposób krążą po organizmie i co umożliwia im precyzyjne uwolnienie ładunku. Odkrycia te dotyczą najbardziej podstawowych mechanizmów fizjologicznych, dlatego ich zastosowanie jest bardzo szerokie. Począwszy od uzupełnienia podręczników, z których uczą się studenci biologii i medycyny, a skończywszy na terapeutycznym wykorzystaniu "lipidowych kurierów".

Randy Schekman odkrył geny kodujące białka, które są istotne dla procesu regulacji transportu pęcherzyków. James Rothman zidentyfikował kompleks białek, który umożliwia pęcherzykom połączenie się z błoną komórkową lub organellą w miejscu docelowym. Thomas Südhof zaś zbadał jak przesyłane są sygnały między neuronami w mózgu oraz w jaki sposób proces ten jest kontrolowany przez wapń. Niemiec odkrył mechanizm molekularny, który wychwytuje jony wapnia i uruchamia proces łączenia się pęcherzyka z błoną docelową. To tłumaczy, w jaki sposób działa czasowa synchronizacja wysyłania sygnałów przez komórki.

Spośród tegorocznych laureatów Nagrody Nobla dwóch ma ponad 60 lat, a trzeci dobija do tego wieku. Fakt ten najprawdopodobniej na nowo przyczyni się do podjęcia dyskusji nad coraz bardziej konserwatywnym wymiarem Nagrody Nobla. Obecnie przyznaje się ją za odkrycia sprzed kilkunastu lat, a nie za naprawdę innowacyjne pomysły i rozwiązania.

Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny została przyznana po raz 104. W przeszłości przyznano ją naukowcom m.in. za odkrycie wirusa HIV, penicyliny, struktur DNA czy grup krwi. W ubiegłym roku nagrodę otrzymał John B. Gurdon i Shinya Yamanaka za opracowanie metod, które pozawalają na cofnięcie dorosłych komórek organizmu do stadium, w którym mają wszystkie cechy zarodkowych komórek macierzystych. A te są powszechnie uważane za największą nadzieję medycyny, pozwalającą na regenerację uszkodzonego rdzenia kręgowego, odbudowę serca po zawale czy zahamowanie postępu choroby Alzheimera.