Mądre receptory komórek

Uhonorowani zostali dwaj Amerykanie: Robert J. Lefkowitz i Brian K. Kobilka. Równo podzielą między siebie 8 milionów szwedzkich koron, równowartość 940 tys. euro.

W uzasadnieniu tegorocznego werdyktu Komitet Noblowski stwierdził, że uznanie zyskały badania nad receptorami związanymi z białkiem G. „Jest to ważna grupa receptorów, dzięki którym komórki wyczuwają zmiany środowiska i mogą się do niego zaadaptować. Ludzkie ciało jest systemem bardzo precyzyjnie regulowanym za pośrednictwem interakcji pomiędzy miliardami komórek. Każda komórka zawiera miniaturowe receptory pozwalające jej poczuć swoje środowisko i odpowiednio się do niego dostosować, w zależności od nowych sytuacji".

Wyrwani ze snu

– W oczach, nozdrzach, ustach posiadamy receptory zdolne do wykrywania światła, zapachów, smaków. W ciele człowieka komórki także dysponują podobnymi receptorami potrafiącymi wykrywać hormony oraz substancje sygnalizacyjne, takie jak adrenalina, serotonina,  histamina czy dopamina – tłumaczył Sven Lidin, członek Komitetu Noblowskiego, przedstawiając znaczenie prac Lefkowitza i Kobilki. – W toku ewolucji komórki nie przestały posługiwać się tym podstawowym mechanizmem, receptorami związanymi z białkiem G, aby odczytywać, rozpoznawać swoje środowisko. Jednak przez długi czas ta właściwość pozostawała nieznana. Dzięki pracom Roberta i Briana wiemy, jak wyglądają te receptory związane z białkiem G.

Zobacz receptory w działaniu (pdf)

Receptory związane z białkiem G odgrywają zasadniczą rolą w komunikacji między komórkami. Jakiekolwiek zakłócenie w tej komunikacji prowadzi do deregulacji zdrowia. Według wielu poważnych szacunków blisko połowa wszystkich specyfików farmaceutycznych, znanych obecnie leków, działa za pośrednictwem tych receptorów. Dysponując wiedzą o tym, jak wyglądają i w jaki sposób funkcjonują, naukowcy otrzymują w ten sposób narzędzie do tworzenia lepszej jakości lekarstw wywołujących mniej niepożądanych skutków ubocznych.

– Spałem głębokim snem, gdy zadzwonił telefon. Byłem całkowicie zaskoczony, przeżyłem  totalny szok, gdy dowiedziałem się o nagrodzie dziś nad  ranem. Na pewno nie pomogła mi różnica czasu między Sztokholmem i Waszyngtonem – powiedział Robert Lefkowitz w rozmowie z dziennikarzem szwedzkiej agencji prasowej TT.

Podobne odczucia towarzyszyły drugiemu z laureatów, Brianowi Kobilce: – Nie jestem przyzwyczajony do tego, aby wyniki moich badań spotykały się z takim zainteresowaniem. Wciąż jeszcze jestem kompletnie zaskoczony. Dopiero zaczynam się oswajać z myślą o tym, że teraz już jestem laureatem Nobla.

Dzieło sztuki

Brian Lefkowitz rozpoczął badania nad „inteligentnymi" receptorami w 1968 roku. Wykorzystywał  zjawisko radioaktywności, aby je lokalizować. Umieszczał radioaktywny izotop jodu na wielkiej ilości hormonów. Dzięki radiacji  rozpoznawał wiele receptorów, m.in. receptory adrenaliny, hormonu odpowiedzialnego za zwiększanie ciśnienia tętniczego.

Kolejny etap otworzył w latach 80.  młody badacz przyjęty do laboratorium Lefkowitza – Brian Kobilka. Wyizolował gen kodujący receptor adrenaliny. Gdy obaj – szef laboratorium i świeżo upieczony naukowiec – analizowali ten gen, odkryli, że receptor podobny jest do jednego z receptorów, jakich oko używa do chwytania światła. W ten sposób doszli do wniosku, że istnieje cała rodzina receptorów podobnych do siebie i funkcjonujących w ten sam sposób.

Wreszcie w 2011 roku Kobilka wraz ze swoim zespołem zanotował kolejne osiągnięcie: uzyskali obraz receptora dokładnie w momencie, gdy został on uaktywniony przez hormon i wysyłał sygnał do komórki. „Ten obraz jest swego rodzaju molekularnym dziełem sztuki, rezultatem dziesięcioleci badań" – głosi komunikat Komitetu Noblowskiego.

Opinie

Prof. Maciej Żylicz,  prezes Fundacji na rzecz Nauki Polskiej

Strukturę receptorów – dla komórek oka reagujących na światło – określił również naukowiec polskiego pochodzenia prof. Krzysztof Palczewski. Jako pierwszy skrystalizował receptor dla siatkówki oka. Na tej podstawie można leczyć ludzi niewidomych. Myślałem, że on też dostanie Nagrodę Nobla. Otarł się o nią, ale niestety się nie załapał.

Wiedzę zdobytą przez uczonych już wykorzystuje się w medycynie. Jeśli zna się strukturę receptora, to za pomocą dzisiejszych bioinformatyków można w komputerze stworzyć lek, który będzie w pewnych warunkach blokował działanie receptora albo go uaktywniał. Takie leki już są wprowadzone w medycynie. Wiele chorób – również genetycznych – polega na tym, że te receptory nie działają.

Prof. Magdalena Fikus,  Instytut Biochemii i Biofizyki PAN

Receptory związane z G-białkami służą w komórkach naszego ciała za czujniki reagujące na zewnętrzne zmiany, na przykład obecność hormonów.

To skomplikowane białka, które nie występują tylko u bakterii. Uważa się, że u człowieka istnieje około tysiąca różnych G-białek, a 4 proc. naszych genów to geny kodujące te białka. 40–50 proc. dziś stosowanych leków działa dzięki wykorzystywaniu określonych receptorów.

To nauka, a właściwie nauczka dla wszystkich, którzy żądają, by wszystkie badania miały zastosowanie. Prawdopodobnie nobliści, którzy zaczęli badania nad receptorami białkowymi, nie myśleli, że ich badania przyniosą tak doniosłe zastosowanie w medycynie.

Prof. Jarosław Polański,  Instytut Chemii Uniwersytetu Śląskiego

Jest to nagroda, która obejmuje bardziej biochemię niż chemię. Obaj naukowcy są lekarzami, którzy po raz pierwszy sklonowali receptory adrenergiczne, czyli wykazali, w jaki sposób zbudowane są receptory na powierzchni komórek. Ciężar badań chemicznych coraz bardziej przesuwa się w kierunku biologii. Dzięki odkryciom noblistów można tworzyć nowe leki, projektując je w sposób bardziej racjonalny.    —pap

Laureaci

Robert Lefkowitz | Naukowiec z duszą lekarza

Nie miał pojęcia, że znajduje się w gronie kandydatów do tegorocznego chemicznego Nobla. Spał, kiedy przedstawiciele Komitetu Noblowskiego zadzwonili z informacją o nagrodzie. – Muszę się wam przyznać, że śpię z zatyczkami w uszach. Odebrała żona i gdy usłyszała, kto mówi, dała mi potężnego kuksańca w bok – mówił Lefkowitz. – Powiedziała, że dzwonią ze Sztokholmu. I nie po to, żeby zapytać, jaka jest pogoda w Durham.

Lefkowitz od dłuższego czasu był wskazywany jako kandydat do tej najważniejszej nagrody świata nauki. Jest jednym z najczęściej cytowanych biochemików, a jego prace nad receptorami komórkowymi wykorzystywane są powszechnie w praktyce.

Urodził się w 1943 r. w Nowym Jorku. Pochodzi z żydowskiej rodziny, która wyemigrowała do USA z Polski. W 1966 r. ukończył Wydział Medyczny Uniwersytetu Columbia, później pracował jako kardiolog w Massachusetts General Hospital w Bostonie. Dopiero w połowie lat 70. skierował swoje zainteresowania w stronę biochemii. W tym czasie pracował już w Centrum Medycznym Uniwersytetu Duke. Obecnie jest w tej uczelni profesorem medycyny i biochemii.

Jest najbardziej znany z prac nad receptorami sprzężonymi z białkami G pośredniczącymi w przekazywaniu sygnałów do wnętrza komórki. Przełomowe badania nad nimi prowadził w latach 80. Jego zespołowi udało się m.in. zbadać geny odpowiedzialne za receptory beta-adrenergiczne.

Lefkowitz jest laureatem wielu prestiżowych nagród – w 2007 roku odebrał National Medal of Science i w tym samym roku Shaw Prize, która często poprzedza przyznanie Nobla.

„Codziennie przychodzę do pracy z uczuciem oczekiwania i ciekawości – jakich odkryć uda się dokonać" – mówił w jednym z wywiadów. „Każde pytanie, na które odpowiemy, rodzi kolejne, jeszcze bardziej interesujące. Nauka ciągle się odnawia i zawsze jest świeża".

—peka