Через півстоліття: повернення в статус нобелівського лауреата

Через півстоліття: повернення в статус нобелівського лауреата

Анатолій Насонов,
провідний інженер НДІ фізико-хімічної біології ім. А. Н. Білозерського
"Троїцький варіант" №14 (133), 16 липня 2013 р

Чи можете ви назвати лише одне слово, яке об'єднує малярію, катаракту, ожиріння і фотосинтез? Якщо так, то вам, швидше за все, пощастило побувати на лекції володаря Нобелівської премії з хімії 2003 року Пітера Егра. Це слово – "аквапорінов".

Зачастили останнім часом нобелівські лауреати в МГУ! Судіть самі: у 2010 році прочитав лекцію Джеймс Уотсон, один з першовідкривачів подвійної спіралі ДНК, лауреат Нобелівської премії 1962 року разом з Френсісом Криком; в тому ж році естафету підхопив його співвітчизник Роджер Девід Корнберг, лауреат Нобелівської премії з хімії 2006 року "за дослідження молекулярних основ транскрипції еукаріот", співголова координаційної наукової ради Інноваційного центру в Сколково, продовжувач династії Артура Корнберга, лауреата Нобелівської премії з фізіології і медицині 1 959 року ( "за відкриття механізмів біологічного синтезу РНК і ДНК"). У наступному році в Москву приїхали Герард'т Хоофт, лауреат Нобелівської премії з фізики 1999 року ( "за вивчення квантової структури електрослабкої взаємодії"), і Аарон Чехановер,лауреат Нобелівської премії з хімії 2004 року ( "за відкриття розщеплення білків, опосередкованого Убіквітин"). У 2012-му повторив свою лекцію в МГУ Корнберг. Крім нього в тому ж році в Московському університеті прочитали лекції Едмунд С. Фелпс, лауреат премії з економіки пам'яті Альфреда Нобеля 2006 року "за аналіз міжчасового обміну в макроекономічній політиці", а в рамках Фестивалю науки – фізики Клод Коен-Таннуджи, лауреат Нобелівської премії з фізики 1997 роки ( "за розробку методів охолодження й уловлювання атомів лазерним променем"), і Джордж Ф. Смут третій, лауреат Нобелівської премії з фізики 2006 року ( "за відкриття чернотельной форми спектра і анізотропії і космічного мікрохвильового фонового изл чення "), а тепер ще й керівник мегагрантной лабораторії в університеті.

Цього року цю, можна сказати, що зароджується традицію 24 червня в актовій залі Головного будівлі МДУ продовжив Пітер ЄДР (Peter Agre). Нобелівська премія з хімії 2003 року було вручено "за відкриття, що стосуються каналів в клітинних мембранах". Половину з 10 млн шведських крон отримав Пітер ЄДР "за відкриття водних каналів", а другу половину – Родерік Маккинон (Roderick MacKinnon) "за дослідження структури і механізму іонних каналів".Відкриття Пітера Егра є фундаментальним для всіх живих організмів, в тому числі людини, який на 70% складається з води. Іонні ж канали відіграють важливу роль в генеруванні і передачі нервових імпульсів і скорочення м'язів.

Лекція Пітера Егра "Від атомних структур до клінічній медицині" в МГУ а потім і в Санкт-Петербурзькому державному медичному університеті відбулася завдяки міжнародному проекту "Надихаючись відкриттями нобелівських лауреатів" під егідою Nobel Media в партнерстві з біофармацевтичної компанією AstraZeneca. Несподівано для багатьох в залі професор ЄДР почав свою лекцію з невеликого екскурсу в історію своєї юності, який супроводжувався найтеплішими спогадами про поїздку в Радянський Союз майже півстолітньої давності в складі групи американських студентів. Сімнадцятирічний майбутній нобелівський лауреат відвідав тоді Ленінград, Орел, Харків, Курськ, Тбілісі та інші міста СРСР, що було проілюстровано особистими фотографіями.

Відкриття, зроблене професором Егром, – яскравий приклад ролі щасливого випадку в науці. Недарма сам нобелівський лауреат любить повторювати на своїх лекціях: "Завжди ставитеся до наукової діяльності як до пригоди … Ми не знаємо, що чекає нас за поворотом, і в цьому сенсі я, скоріше, Гекльберрі Фінн,ніж Альберт Ейнштейн ". В кінці 1980-х Пітер ЄДР працював гематологом в Медичній школі Університету Джонса Хопкінса, вивчаючи резус-антигени (Rh-антигени) груп крові. При спробі виробити у кроликів антитіла до певного частково очищеного Rh-поліпептид групи крові в кінцевому підсумку було з'ясовано, що антитіла утворилися ні до досліджуваного, а до зовсім іншого поліпептид з масою близько 28 тис. а.е.м., яка не офарблювався традиційними барвниками білків. Таким чином, виявлений новий білок просто забруднював "потрібний" исследоват лям поліпептидів. Незважаючи на це, з огляду на широку розповсюдженість нового білка в еритроцитах (200 тис. копій на клітину), було вирішено вивчити виявлений поліпептид більш детально. Використовуючи ті ж антитіла, дослідники виявили, що знову відкритий білок також широко поширений в людській нирці. була, однак, незрозуміла його фізіологічна роль. І тут допоміг другий щасливий випадок.

Одного разу Пітер віз сім'ю в "Діснейленд". По дорозі йому пощастило зустріти свого наставника по клініці в Університеті Північної Кароліни Джона Паркера, який в розмові першим вказав на те,що червоні кров'яні клітини і клітини печінки мають великий проникністю для води і новий білок, можливо, грає певну роль в транспорті води. Подальші біологічні (зокрема, блокування транспорту води іонами ртуті) і структурні дослідження, визначення амінокислотної послідовності, синтез кДНК, аналіз геномних баз даних, безліч інших досліджень і врешті-решт рентгено-структурний аналіз на початку 2000-х і моделювання методом молекулярної динаміки дозволили підтвердити роль нового білка як каналу для транспорту води через клітинні мембрани (за що він отримав назву "аквапорінов"), встановити його тривимірну структуру, вивчити механізм дії і обна ружіть інші родинні білки.

Перший аквапорінов, що одержав позначення AOP1, являє собою тетрамерний трансмембранний білок з центральними порами в кожній з чотирьох субодиниць. Кожна субодиниця в свою чергу має форму "пісочного годинника", найвужча частина яких, діаметром 2,8 ангстрема, може вмістити лише одну молекулу води. AOP1 грає роль напівпроникною мембрани, яка пропускає воду і не пропускає іони, включаючи протони.Таким чином, вода через водний канал переміщається за механізмом осмосу. Протони ж відштовхуються від знаходиться у вузькому місці пари позитивно заряджених амінокислотних залишків (аргініну і гістидину). Крім того, диполі молекул води змінюють орієнтацію в міру проходження через вузьку частину каналу, утворюючи водневі зв'язки з двома залишками аспарагина на стінках пори. Все це запобігає перенесення протонів через канал, включаючи механізм Гротгуса, через систему водневих зв'язків молекул води.

Були виявлені і інші різновиди аквапорінов (AOP0, AOP2, AOP3 і т. Д.) У ссавців можна виділити два сімейства цих білків: класичні аквапоріни і аквагліцеропоріни. Останні проникні також для гліцерину.

AOP1 і AOP2 локалізуються в нирках. Є люди, у яких відсутній AOP1, однак це не призводить до клінічних симптомів у звичайних умовах. AOP2 більш значущий клінічно, його концентрація в мембрані регулюється гормоном вазопресином. Алкоголь пригнічує виділення вазопресину з мозку, внаслідок чого AOP2 залишається у внутрішньоклітинних везикулах – клітини втрачають здатність до реабсорбції води з сечі, що призводить до виділення розведеної сечі у великих обсягах і потреба сходити в туалет, що буває, наприклад, при поглинанні неабиякої кількості пива.Спадкові дефекти в AOP2 призводять до виділення до 20 літрів сечі в день. Придбані дефекти призводять або до утримування рідини, або до неадекватного концентрування сечі. Вазопресин призводить до переміщення AOP2 в мембрану і реабсорбції води з сечі.

AOP0 синтезується в кришталику ока, впливає на прозорість кришталика і пов'язаний з вродженою катарактою.

AOP4 розташований в мозку. Його інгібування зменшує набряк мозку, що важливо при пошкодженнях головного мозку (наприклад, при інсульті).

AOP5 розташований в клітинних мембранах слинних, слізних, потових та інших секреторних залоз. Грає роль при розвитку синдрому Шегрена у жінок середнього віку (сухість рота і очі).

AOP7 і AOP9 – аквагліцеропоріни. Вони беруть участь в підтримці необхідного рівня глюкози в крові під час голодування. AOP7 експресується (синтезується на основі генетичного коду) в жирових клітинах і є переносником гліцерину, що утворюється з тригліцеридів під час голодування. Гліцерин проникає в гепатоцити (клітини печінки) через мембранні AOP9, де з нього синтезується глюкоза. Очевидно, регуляція рівня даних аквапорінов може використовуватися для боротьби з ожирінням.

AOP9 також експресується в червоних кров'яних клітинах (еритроцитах) і відіграє певну роль у розвитку малярії.Гліцерин використовується малярійних паразитом для синтезу ліпідів своїх мембран, при цьому гліцерин повинен пройти дві мембранні стінки: еритроцитів (через AOP9) і самого малярійного плазмодія (через плазмодійний PbAOP). Дослідження в Дослідницькому інституті малярії Університету Джонса Хопкінса, очолюваному Пітером Егром з 2008 року, показали, що зараження мишей плазмодійним мутантом з відсутнім геном PbAOP, так само як і зараження мишей з недостатнім рівнем AOP9, призводить до збільшення виживаності хворих особин в порівнянні з контрольною групою.

Аквапоріни поширені також в світі рослин і у всіх формах мікроорганізмів. У рослинах вони беруть участь у фотосинтезі, пропускаючи через себе вуглекислий газ в листя, і, зрозуміло, беруть участь в регулюванні всмоктування води коренями.

… Після лекції журналісти і всі інші слухачі отримали можливість задати будь-які питання нобелівського лауреата. Один з них стосувався ліків, мішенню яких стають аквапоріни. Пітер ЄДР пояснив, що на сьогодні таких ліків не існує, проте можна опосередковано впливати на роботу аквапорінов, регулюючи рівень вазопресину і глюкокортикоїдів. Інше питання стосувалося віри в бога і ставлення до релігії.Вчений відповів, що він атеїст, хоча і народився в лютеранської сім'ї, як і більшість вихідців зі Скандинавії. До людей віруючим ставиться з повагою, але про вченого слід судити не за релігійними переконаннями, а за досягненнями в науці. Представник "Медичної газети" поцікавився ставленням нобелівського лауреата до російської медицині. Пітер ЄДР у зв'язку з цим нагадав, що одним з перших нобелівських лауреатів в області фізіології і медицини був академік Іван Павлов. Завершився захід роздачею автографів і фотосесією з приїхали корифеєм науки.

фото автора


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: