Итоги № 42 (2013)

«Один из главных уроков в биохимии, клеточной биологии и молекулярной медицине заключается в том, что, когда мы рассматриваем работу белков внутри клетки, они в определенном смысле ведут себя как механические устройства, — рассказывает другой нынешний лауреат, Джеймс Ротман, возглавляющий кафедру клеточной биологии в Йельском университете. — Это просто поразительно... Когда мы изучаем правила химии, электроны и тому подобное, то оперируем атомами и молекулами. Но, достигнув уровня наноразмеров, выясняем, что все эти объекты работают как механизмы». Несколькими годами позже, чем Шекман, он в лаборатории Стэнфордского университета попытался воссоздать процесс транспортировки в клетках in vitro, в пробирке. Ему хотелось понять, почему клеточный транспорт приходит на разгрузку точно в предназначенный для него порт. Для этого ученые заразили клетки млекопитающих вирусом везикулярного стоматита. Инфицированные клетки производили большие количества вирусного белка VSV-G. Джеймс Ротман проследил путь этого белка по мембранным мешочкам аппарата Гольджи и выделил участвующие в процессе белки. Первыми были выделены два белка — NSF и SNAP. Поразительно, но эти протеины из клеток млекопитающих соответствовали двум генам транспортировки, ранее идентифицированным Рэнди Шекманом в ДНК пекарских дрожжей. Так стало ясно, что ученым удалось обнаружить универсальную и в эволюционном смысле очень древнюю систему транспорта веществ, общую для клеток млекопитающих и грибов.

Ротман продолжал изучать белки, участвующие в процессе стыковки везикул с мембранами — «докинга». В ткани мозга, в синапсах — областях контакта между нейронами — еще раньше было обнаружено три белка с неизвестными функциями. Оказалось, один из них находится на поверхности везикул, а два других — в клеточных мембранах. Ученый выдвинул гипотезу: при клеточной транспортировке соответствующие белки везикул и мембран, которые для них являются мишенями, должны подходить друг другу как две половинки застежки-молнии. Они взаимодействуют между собой по принципу ключ — замок. Сейчас эти вещи настолько вошли в плоть и кровь науки, что многие воспринимают их как нечто само собой разумеющееся. Однако тогда, чтобы доказать свою гипотезу, Джеймсу Ротману пришлось воспроизвести этот процесс в пробирке. Выяснилось, что он был прав — везикулы действительно взаимодействовали с мембранами. Так стало ясно, каким образом клеточные «грузовики» находят мембранные мишени. Поскольку вариантов таких белков много и они взаимодействуют друг с другом только в специфических комбинациях, служба доставки работает безошибочно. Ученые выяснили, что этот механизм действует и внутри клетки, и когда везикула направляется к внешней мембране, чтобы выпустить наружу свое содержимое. 

По звонку