De Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde gaat dit jaar naar James E. Rothman, Randy W. Schekman en Thomas C. Südhof. Zij krijgen de prijs voor het ontrafelen van de complexe transportsystemen binnenin een cel.
Een cel kun je zien als een soort fabriek met allemaal verschillende afdelingen. Iedere afdeling maakt een product. In het geval van cellen kan dat bijvoorbeeld een hormoon zijn, een signaalstof of een enzym. Is zo’n product eenmaal klaar, dan moet het getransporteerd worden. Naar een andere afdeling binnen de fabriek of naar buiten. Dat transport gebeurt met behulp van kleine blaasjes. Maar hoe weet zo’n blaasje nou waar en wanneer het zijn lading moet lossen? Dat is de vraag die Rothman, Schekman en Südhof met hun onderzoek beantwoord hebben.
Genen en eiwitten van het transportsysteem
Schekman onderzocht de genetische basis van celtransport en gebruikte daarbij gist als modelsysteem. Bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) scheidt glycoproteïnen uit in zijn omgeving. Maar Schekman zag dat bij sommige gistcellen deze proteïnen zich ophoopten in de cel zelf. Hij veronderstelde dat een kapot transportsysteem hiervan de oorzaak was en bekeek welke genen er bij deze mutanten waren veranderd. Hij ontdekte drie verschillende klassen van genen die betrokken zijn bij transport naar het endoplasmatisch reticulum (ER), het Golgi-systeem en de celoppervlakte. Schekman publiceerde zijn resultaten aan het begin van de jaren tachtig in het blad Cell.
Bijna tien jaar later publiceerde Rothman in Nature zijn onderzoek naar celtransport in zoogdiercellen. Hij infecteerde cellen met een VS-virus en liet deze cellen het virale eiwit VSV-G produceren. Op het moment dat dit eiwit in het Golgi-systeem terecht komt, verandert het iets van structuur. Zo kon Rothman dus precies zien op welk moment het eiwit naar het Golgi-systeem was getransporteerd. Met deze methode vond hij verschillende eiwitten die een belangrijke rol spelen bij het aanhechten van transportblaasjes aan het membraan van het Golgi-systeem.
De twee wetenschappers bundelden hun krachten en ontdekten dat enkele van de genen die Schekman geïdentificeerd had coderen voor de eiwitten die Rothman later vond. Daarmee toonden zij aan dat het transportsysteem van gistcellen en zoogdiercellen op dezelfde manier georganiseerd is en dus waarschijnlijk dezelfde evolutionaire oorsprong heeft.
Specifieke aflevering
Na zijn eerste succes, richtte Rothman zich op cellen in de hersenen. Zowel op de transportblaasjes als op de membranen in die cellen vond hij eiwitten die hij later SNAREs zou noemen. Hij dacht dat deze eiwitten van belang waren voor het aanhechten van transportblaasjes op de membranen en formuleerde hierover een hypothese; de SNARE-hypothese. Tijdens het aanhechten binden de eiwitten van het transportblaasje (v-SNAREs) aan de eiwitten van het membraan (t-SNAREs). De grap is nu dat slechts een klein aantal van alle mogelijke v-SNAREs kan binden aan een bepaalde t-SNARE. Op die manier ontstaat een specificiteit die ervoor zorgt dat niet elk product zomaar overal afgeleverd kan worden.
Rothman en Schekman legden de basis voor de opheldering van de fundamentele werking van het celtransport. Maar soms is een transport zo precies gereguleerd dat het alleen plaatsvindt in reactie op een bepaalde prikkel. Dat is bijvoorbeeld het geval bij de aanmaak van neurotransmitters in de hersenen. Südhof was hierdoor gegrepen. Hoe kon het dat een transportblaasje zijn inhoud alleen afgeeft onder invloed van een bepaald signaal? Südhof ontdekte twee eiwitten die de influx van calcium koppelen aan het vrijkomen van neurotransmitters. Pas op het moment dat er voldoende calcium aanwezig is, binden de eiwitten van het transportblaasje aan het membraan om de neurotransmitters los te laten. Südhof publiceerde deze conclusie in 2001 in het blad Nature.
Ontregeld transportsysteem
Dankzij het werk van Rothman, Schekman en Südhof weten we dat het transport van moleculen in een cel strikt gereguleerd wordt. En dat is maar goed ook, want anders zou er in de cel complete chaos ontstaan. Het is dan ook geen wonder dat beschadigingen in het transportsysteem leiden tot ziekte. Zo kunnen beschadigingen in het transport van neurotransmitters zorgen voor een verstoring van de communicatie tussen zenuwcellen in de hersenen. Daardoor ontstaan allerlei neurologische klachten. Een defect in het transport van insuline kan leiden tot diabetes. En ook de cellen van onze afweer zijn voor de uitwisseling van signaalstoffen afhankelijk van het systeem dat de Nobelprijswinnaars beschreven.
Zie ook:
Lees meer over de bekendmaking van de prijs voor Fysiologie of Geneeskunde (Engels)
Volg de bekendmaking van de andere Nobelprijzen op Kennislink