Nobel Y học 2013 góp phần giải mã các bệnh nan y

Giải Nobel Y học vinh danh ba nhà khoa học đã giải mã bí ẩn làm thế nào mà tế bào tổ chức hệ thống vận chuyển. Mỗi tế bào là một nhà máy sản sinh và “xuất khẩu” các phân tử. Chẳng hạn như, insulin được sản xuất và giải phóng vào máu và các tín hiệu hoá chất được gọi là các vật truyền thần kinh được truyền từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác. Những phân tử này được vận chuyển xung quanh tế bào trong các gói nhỏ được gọi là các túi tiết. Ba nhà khoa học giành giải thưởng Nobel đã phát hiện các cơ chế phân tử điều phối “kiện hàng” này được vận chuyển đúng nơi đúng chỗ trong tế bào.

 

Randy Schekman phát hiện ra một bộ gen cần thiết cho vận chuyển túi tiết. James Rothman tháo gỡ cơ chế protein cho phép các túi tiết hợp nhất lại với các mục tiêu để cho phép vận chuyển “gói hàng”. Thomas Sudhof tiết lộ làm thế nào mà các tín hiệu hướng dẫn các túi tiết giả phóng “gói hàng” với độ chính xác.

 

Thông qua phát hiện của họ, Rothman, Schekman, và Sudhof đã tiết lộ hệ thống kiểm soát chính xác vận chuyển và phân phối “gói hàng” tế bào. Sự rối loạn trong hệ thống này có những tác động độc hại và góp phần gây ra tình trạng như các bệnh thần kinh, tiểu đường và rối loạn hệ miễn dịch.

 

 

Trong một cổng lớn và bận rộn, các hệ thống cần đảm bảo “hàng hoá” đúng (chất được vận chuyển đúng) tới một đích chính xác tại một thời điểm chính xác. Tế bào, với các ngăn khác nhau được gọi là organelle, gặp phải một vấn đề tương tự: các tế bào sản sinh ra các phân tử như hormone, dẫn truyền thần kinh, phân bào và enzyme cần phải được phân phối tới các địa điểm khác trong tế bào, hay trục xuất ra khỏi tế bào, chính xác đúng thời điểm. Thời gian và địa điểm là tất cả mọi thứ. Các túi tiết giống như bong bóng nhỏ, vây quanh bởi các màng, qua lại như con thoi vận chuyển “hàng” giữa các organelle hoặc hợp nhất lại với màng bên ngoài của tế bào và giải phóng “hàng” ra bên ngoài. Điều này rất quan trọng, vì nó kích hoạt hoạt động thần kinh trong trường hợp các chất dẫn truyền, hay kiểm soát trao đổi chất trong trường hợp của hormone. Làm thế nào để những túi tiết này biết ở đâu và khi nào để phân phối “hàng hoá”?

 

 

Randy Schekman bị thu hút bởi làm thế nào tế bào tổ chức hệ thống vận chuyển vào vào những năm 1970, ông quyết định nghiên cứu cơ sở di truyền học bằng cách sử dụng men bia như hệ thống mẫu. Trong một lần soi gen, ông phát hiện ra các tế bào men bia với bộ máy vận chuyển khiếm khuyết, dẫn tới tình trạng sao chép hệ thống vận chuyển chất chung không tốt như lúc ban đầu. Các túi tiết chồng lên nhau trong một số bộ phận của tế bào. Ông thấy rằng nguyên nhân của sự tắc nghẽn này là do gen di truyền và tiếp tục nhận diện các gen bị biến đổi. Schekman nhận ra 3 phân loại gen kiểm soát các khía cạnh khác nhau của hệ thống vận chuyển chất của tế bào, do đó đưa ra kiến thức mới về bộ máy hoạt động chặt chẽ điều phối vận chuyển túi tiết trong tế bào.

 

 

James Rothman cũng bị lôi cuốn bởi bản chất hệ thống vận chuyển chất của tế bào. Khi nghiên cứu vận chuyển túi tiết trong tế bào của động vật có vú vào thập kỷ 1980 và 1990, Rothman phát hiện ra rằng tổ hợp protein cho phép các túi tiết “cập bến” và hợp nhất với các màng tế bào đích của chúng. Trong quá trình hợp nhất này, các protein trên túi tiết và các màng tế bào đích gắn kết với nhau như 2 mặt của một chiếc khoá kéo. Thực tế là có nhiều protein như vậy và chúng chỉ dính ở những kết hợp nào đó mà “hàng” (chất dinh dưỡng) được vận chuyển tới vị trí chính xác. Nguyên tắc tương tự vận hành bên trong tế bào và khi một túi tiết dính với màng bên ngoài của tế bào để giải phóng chất bên trong của nó.

 

Hoá ra là một vài trong số các gen mà Schekman đã phát hiện trong men bia được giải mã protein cũng tương ứng với những gì mà Rothman nhận dận ở động vật có vú, tiết lộ nguồn gốc tiến hoá của hệ thống vận chuyển chất. Về mặt tập hợp, chúng bản đồ hoá các thành tố quan trọng của hệ thống vận chuyển chất của tế bào.

 

Thomas Suhdof quan tâm tới việc làm thế nào các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau trong não bộ. Các phân tử truyền tín hiệu, các dẫn truyền thần kinh được giải phóng khỏi túi tiết hợp nhất với màng ngoài của tế bào thần kinh nhờ sử dụng bộ máy mà Rothman và Schekman đã phát hiện ra. Nhưng những túi tiết này chỉ được phép giải phóng chất bên trong của chúng khi tế bào thần kinh báo hiệu cho các vùng lân cận. Làm thế nào mà sự giải phóng chất này được kiểm soát một cách chính xác. Các ion can-xi được biết là có liên quan đến quá trình và vào những năm 1990, Sudhof đã nghiên cứu các protein nhạy cảm với can-xi trong tế bào thần kinh. Ông nhận diện bộ máy phân tử tương ứng với sự tràn vào của ion can-xi và hướng các protein lân cận nhanh chóng dính túi tiết với màng ngoài của tế bào thần kinh. Chiếc khoá kéo được mở ra và các chất báo hiệu được giải phóng. Phát hiện của Sudhof lý giải làm thế nào mà sự chính xác tạm thời đạt được và làm thế nào mà chất chứa bên trong túi dẫn truyền có thể được giải phóng theo mệnh lệnh.

 

 

3 nhà khoa học giành giải Nobel đã phát hiện quy trình căn bản trong sinh lý học tế bào. Những phát hiện này đã có tác động quan trọng lên hiểu biết của chúng ta về cách các chất được vận chuyển đúng thời điểm và chính xác bên trong và bên ngoài tế bào. Sự di chuyển của túi tiết và sự hợp nhất của chúng vận hành, với các nguyên tắc chung giống nhau, trong các tổ chức khác nhau như men bia và cơ thể người. Hệ thống này rất quan trọng cho các quy trình sinh lý học trong đó sự hợp nhất các túi tiết cần phải được kiểm soát, từ truyền tín hiệu trong não bộ cho đến giải phóng hormone và phân bào miễn dịch. Sự di chuyển các túi tiết không đúng xuất hiện trong nhiều loại bệnh bao gồm các bệnh thần kinh và rối loạn miễn dịch cũng như tiểu đường. Nếu không có sự tổ chức chính xác tuyệt vời này, tế bào sẽ rơi vào tình trạng hỗn loạn.