Του λιμανιού τα μυστικά

Ποιο είναι το μυστικό για την εύρυθμη λειτουργία ενός λιμανιού; Η ύπαρξη ενός συστήματος που εξασφαλίζει ότι κάθε πλοίο θα δέσει σε συγκεκριμένο σημείο της αποβάθρας στην κατάλληλη χρονική στιγμή και δεν θα αδειάσει το φορτίο του παρά μόνο όταν υπάρξει ανάλογη εντολή. Περιττό να πούμε ότι χωρίς αυτό το σύστημα, η κατάσταση στο λιμάνι θα γινόταν χαοτική. Αντίστοιχο χάος θα επικρατούσε και στο εσωτερικό του κυττάρου (το οποίο καθημερινά καλείται να παραγάγει μια μεγάλη ποικιλία μορίων και να τα αποστείλει τόσο σε διάφορα οργανίδια στο εσωτερικό του, όσο και στο εξωτερικό περιβάλλον του) αν δεν υπήρχε ο κατάλληλος ρυθμιστικός μηχανισμός.

Τον ζωτικής σημασίας κυτταρικό μηχανισμό, ο οποίος χρησιμοποιεί κυστίδια για να εξασφαλίσει τη μεταφορά συγκεκριμένων μορίων σε συγκεκριμένα σημεία εκτός και εντός του κυττάρου και την απελευθέρωσή τους στην κατάλληλη χρονική στιγμή αποκάλυψαν με τις εργασίες τους οι ερευνητές που τιμώνται με το εφετινό Βραβείο Νομπέλ Ιατρικής. Πρόκειται για τον 63χρονο Αμερικανό Τζέιμς Ρόθμαν (James E. Rothman), τον 65χρονο, επίσης Αμερικανό, Ράντι Σέκμαν (Randy W. Schekman) και τον 58χρονο Γερμανό Τόμας Σίντοφ (Thomas C. Südhof).

Η παρουσία των κυστιδίων –το αντίστοιχο των πλοίων στο παράδειγμά μας –είχε γίνει αντιληπτή από πολύ νωρίς, όταν οι επιστήμονες παρατηρούσαν κύτταρα στο μικροσκόπιο. Επίσης, οι φυσιολόγοι δεν είχαν καμιά αμφιβολία ότι το κύτταρο όφειλε να διαθέτει έναν μηχανισμό που θα ήλεγχε την κυκλοφορία των πολύ εξειδικευμένων μορίων που παράγει και τα οποία μπορεί να είναι ακόμη και επικίνδυνα (όπως, παραδείγματος χάριν, είναι τα ένζυμα που μπορούν να πέπτουν τις πρωτεΐνες).

Στις αρχές της δεκαετίας του 1970 ωστόσο κανείς δεν γνώριζε τίποτε για τον μηχανισμό που ρύθμιζε την κυκλοφορία των κυστιδίων στα κύτταρα. Αυτό δεν εμπόδισε όμως τον Ράντι Σέκμαν να προσπαθήσει να τον διερευνήσει. Κάνοντας τη σοφή επιλογή να επιλέξει για πειραματικό μοντέλο έναν μονοκυτταρικό οργανισμό, τον μύκητα Saccharomyces cerevisiae, ο Σέκμαν αξιοποίησε την ανθίζουσα τότε γενετική για να απομονώσει γονίδια απαραίτητα για τη λειτουργία του μηχανισμού. Ο αμερικανός ερευνητής επέλεξε μεταλλαγμένα στελέχη του μύκητα τα οποία «έπασχαν» από κακή ρύθμιση της κυκλοφορίας των κυστιδίων τους (πράγμα το οποίο εντόπιζε με τη βοήθεια μικροσκοπίου, καθώς τα κυστίδια έτειναν να συσσωρεύονται σε ένα σημείο και δεν άδειαζαν το φορτίο τους στις θέσεις που έπρεπε). Χάρη στις διεξοδικές μελέτες του Σέκμαν, αποκαλύφθηκαν τρεις ομάδες γονιδίων με διαφορετικό ρόλο στον μηχανισμό και άνοιξε ο δρόμος για την περαιτέρω μελέτη του.

Τζέιμς Ρόθμαν, Καθηγητής Κυτταρικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Yale

Εξοπλισμένος με τις γνώσεις που προέκυψαν από τα πειράματα του Σέκμαν, ο αμερικανός βιολόγος Τζέιμς Ρόθμαν αποφάσισε να αλλάξει επίπεδο πολυπλοκότητας και να εργαστεί με κύτταρα θηλαστικών. Με τα πειράματά του, κυρίως στη δεκαετία του ’80 αλλά και του ’90, ο Ρόθμαν κατέδειξε ότι τα κυστίδια-πλοία έχουν καλά καθορισμένες θέσεις στην κυτταρική αποβάθρα. Στην πραγματικότητα το κάθε πλοίο μοιάζει να αναγνωρίζει τον ντόκο του, τη θέση στην οποία θα δέσει. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια εξειδικευμένων πρωτεϊνικών μορίων τα οποία υπάρχουν τόσο στα κυστίδια όσο και στα σημεία όπου αυτά προσδένονται. Η αναγνώριση των δύο πρωτεϊνικών μορίων εξασφαλίζει την έλευση του κυστιδίου στη σωστή θέση. Αξίζει να σημειωθεί ότι κάποια από τα γονίδια που είχε ανακαλύψει ο Σέκμαν βρέθηκαν να κωδικοποιούν για τη σύνθεση των πρωτεϊνών που αποκάλυψε ο Ρόθμαν.

Τόμας Σίντοφ, Καθηγητής Μοριακής και Κυτταρικής Φυσιολογίας στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ

Πάντως, το ότι ένα καράβι δένει στο λιμάνι δεν σημαίνει απαραιτήτως ότι έχει και την άδεια να αδειάσει το φορτίο του. Κατ’ αντιστοιχία η πρόσδεση ενός κυστιδίου στο κατάλληλο σημείο της κυτταρικής μεμβράνης δεν είναι ικανή και αναγκαία συνθήκη για την απελευθέρωση του φορτίου του. Απαιτείται να δοθεί μια σαφής εντολή για να γίνει αυτό και όπως ανακάλυψε ο τρίτος από τους εφετινούς τιμωμένους, ο γερμανικής καταγωγής Τόμας Σίντοφ, η εν λόγω εντολή έρχεται με τη μορφή ιόντων ασβεστίου τα οποία γίνονται αντιληπτά από πολύ συγκεκριμένες πρωτεΐνες. Ο Σίντοφ εργαζόταν στη δεκαετία του 1990 με νευρικά κύτταρα τα οποία χρησιμοποιούν τον μηχανισμό για να απελευθερώνουν νευροδιαβιβαστές, μόρια-εντολές του νευρικού συστήματος.

Τα νευρικά κύτταρα δεν είναι τα μόνα που αξιοποιούν τον μηχανισμό. Με αυτόν εξασφαλίζεται η απελευθέρωση της ινσουλίνης στο αίμα ή η απελευθέρωση κυτταροκινών, εξειδικευμένων μορίων του ανοσοποιητικού συστήματος. Περιττό να πούμε ότι ο διαβήτης αλλά και μια σειρά από νευρολογικές παθήσεις ή παθήσεις του ανοσοποιητικού αποδίδονται στην πλημμελή λειτουργία του.