МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ №1, 2013 (4) - Виталий Тимофеевич Бабенко
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Важность этих исследований состоит еще и в том, что подобный подход позволяет отказаться от работы с эмбриональным и абортивным материалом, который обычно служит источником стволовых клеток. В случае с человеком это сопряжено с этическими проблемами. Если же создавать плюрипотентные клетки из соматических, то такого рода сложностей не возникает. А стволовые клетки можно использовать для восстановления поврежденных болезнью или состарившихся органов и тканей. В настоящее время многие рассчитывают, что на основе этих работ удастся разработать методы получения необходимых стволовых клеток для медицины. Это дает надежду на то, что многие неизлечимые в настоящее время болезни когда-нибудь будут побеждены.
Если говорить проще, то работы этих ученых показали что биологические часы возможно запустить вспять…
Нобелевскию премию по химии в этом году получили два американских профессора – Роберт Лефковиц из университета Дьюка в Северной Каролине и Брайан Кобилка из Стэндфордского университета в Калифорнии – «за исследования рецепторов, сопряженных с G-белком».
Разбираться со смыслом этой формулировки мы будем на основании комментария Вадима Черезова, руководителя лаборатории на факультете молекулярной биологии Института Скриппса (США) (http://postnauka.ru/faq/5510).
Несколько слов об авторах работ.
Роберт Лефковиц родился 15 апреля 1943 года в Бронксе , был единственным ребенком в семье Макса и Розы Лефковиц, выходцев из семей еврейских эмигрантов из Польши . Отец работал бухгалтером в Швейном квартале Нью-Йорка. Роберт Лефковиц обучался в Колумбийском колледже Колумбийского университета, где в 1962 году получил степень бакалавра искусств. В 1966 году окончил Колледж терапевтов и хирургов при Колумбийском университете. С 1976 года Лефковиц является сотрудником Медицинского института Говарда Хьюза. На сегодняшний день Лефковиц является одним из наиболее цитируемых специалистов в области биологии , биохимии , фармакологии , токсикологии и клинической медицины.
Брайан Кобилка родился в 1955 году в городке Литл-Фолс штата Миннесота , США . Он окончил Дулутский университет Миннесоты, где получил степень бакалавра. Впоследствии он с отличием окончил медицинский факультет Йельского университета . После прохождения резидентуры (аналог ординатуры) на медицинском факультете Университета Вашингтона в Сент-Луисе , Кобилка устроился исследователем под руководством Роберта Лефковица в Университете Дьюка . В 1989 году Кобилка переехал в Стэнфорд . В 1987–2003 годы он работал исследователем в Медицинском институте Говарда Хьюза.
Его дед и отец, как и он сам, родились в городке Литл-Фолс и работали в пекарне. Его бабушка, Изабелла Сьюзан Кобилка (урожденная Медведь, 1891 – 1980), происходила из семей Медведь и Кивель, с 1888 года управлявших исторической пивоварней Kiewel Brewery в Литл-Фолс.
Теперь о сути открытия. Прежде всего рассмотрим цепь передачи сигнала в клетку. Сигналом является какая-то молекула, появившаяся во внеклеточной среде. Например, адреналин. Адреналин является гормоном надпочечников и попадает в кровь человека в состоянии стресса. Стресс представляет собой общую неспецифическую нейрогормональную реакцию организма на любое воздействие экстремальных факторов. Факторы могут быть как физическими, так и психическими: жара, холод, травмы, ожоги, опасность, радость, конфликты и так далее. Реакция на адреналин возникает в тот же момент, как только он попадает в кровь человека. Запомните: адреналин воздействует на ваш организм не больше пяти минут. Это происходит из-за того, что в момент его выделения начинают активироваться все системы, предусмотренные для его «погашения». (http://www.tiensmed.ru/news/adrenalin2.html).
Физиологи называют реакцию организма на адреналин реакцией типа «бей или беги» . Для этого нужно много энергии и она высвобождается из «энергетических запасов» клеток. Под влиянием адреналина происходит повышение содержания глюкозы в крови и усиление тканевого обмена.
Достаточно давно было установлено, что адренорецепторы («адреналиновые рецепторы») имеются чуть ли не во всех тканях нашего организма. Но как они работают, т. е. как клетки узнают о том, что нужно запускать процессы «погашения» адреналина?
Адреналин захватывается адренорецептором, который «встроен» сквозным элементом в клеточную мембрану. Рецептор, начав взаимодействие с молекулой адреналина на внешней поверхности клеток, затем втягивает ее внутрь клеточной мембраны. При этом изменяется пространственное расположение (конформация) семи связанных друг с другом сегментов (доменных элементов) адренорецептора, которые с внутренней стороны мембраны связаны с особым белком (G-белок). Понятно, что внедрение молекулы адреналина внутрь рецептора, изменяющее его структуру, изменяет и характер связи элементов рецептора с G-белком. Это воздействие активирует его.
Внутриклеточные G-белки и являются универсальными посредниками при передаче гормональных сигналов от рецепторов клеточной мембраны к другим, находящимся внутри клетки белкам («эффекторным белкам»), которые и вызывают конечный клеточный ответ.
Не рассматривая подробно механизм действия активированного G-белка, скажем только, что он является катализатором процесса энерговыделения в клетке и, как всякий катализатор, запустив процессы работы эффекторных белков, возвращается в состав рецептора в исходном неактивном состоянии.
Рецепторы, за исследование которых была получена премия, называются GPCR – G-protein-coupled receptors. (Они известны и под названиями семиспиральные рецепторы или серпентины).
Серпентины являются передатчиками сигналов внутрь клеток, позволяя им, различным органам и системам организма общаться друг с другом, а также получать информацию об окружающей среде. Существует более 800 различных GPCR, которые находятся в мембранах клеток человека и распознают широкий диапазон внеклеточных агентов, включающих ионы, гормоны, пептиды и т. д. Примерами хорошо известных молекул, на которые реагируют рецепторы, кроме адреналина, являются серотонин, дофамин, гистамин, кофеин, опиоиды и многие другие. Функции около 150 рецепторов, обнаруженных в геноме человека, остается невыясненной.
Процессы, контролируемые GPCR, дают нам возможность видеть, ощущать запахи, реагировать на опасность, испытывать боль или чувствовать эйфорию, поддерживать кровяное давление и регулировать сердцебиение, т. е. все, что необходимо для регулирования жизнедеятельности организма. Иногда сигнальные процессы нарушаются, приводя к многочисленным и зачастую тяжелым заболеваниям. Многие заболевания, однако, возможно излечить, воздействуя на рецепторы лекарственными препаратами. На самом деле около половины всех современных лекарств нацелены на рецепторы, сопряженные с G-белками. Таким образом, исследования, направленные на определения структуры GPCR рецепторов и механизмов передачи сигналов, должны позволить глубже понять причины многих заболеваний, а также дать толчок к разработке более эффективных лекарств с минимальными побочными эффектами.
История исследований GPCR насчитывает более 100 лет. Рецептор, реагирующий на свет – родопсин – был обнаружен и выделен в 1870 году немецким ученым Вильгельмом Кюне. К началу 70-х годов ХХ века было известно, что мышечные клетки можно активировать или тормозить путем воздействия определенными молекулами. Часть механизма внутриклеточных реакций тоже была известна, а также было ясно, что молекулы,
