کاشفان سیستم حمل و نقل مواد در داخل سلول‌ها

فصل اسکار رسید و اهدای جوایز از جایزه نوبل پزشکی و فیزیولوژی شروع شد.

جایزه نوبل پزشکی در سال ۲۰۱۳ به سه دانشمند به نام‌های دکتر جیمز ای راسمن، دکتر رندی دبیلو چکمن و دکتر توماس سی شوهف برای کشف ماشین تنظیم‌کننده حمل و نقل وزیکول‌ها در داخل سلول‌ها داده شد. هر سه این دانشمند‌ها آمریکایی هستند. از طریق وزیکول‌ها است که محموله‌های مواد به داخل یک سلول می‌آیند، در داخل سلول‌ها حرکت می‌کنند و مواد تولید شده از سلول‌ها خارج می‌شوند.

از چپ به راست: دکتر چکمن، دکتر شوهف و دکتر راسمن

دکتر راسمن ۶۲ ساله است و در دانشگاه ییل کار می‌کند، دکتر چکمن ۶۴ ساله است و در دانشگاه کالیفرنیا تحقیق می‌کند، دکتر شوهف ۵۷ ساله است و در دانشگاه استنفورد پژوهش می‌کند. هر کدام از این سه، قسمتی از راز چگونگی حمل و نقل در داخل سلول‌ها را کشف کردند.

مواد مختلف، نمی‌توانند به صورت برهنه در داخل سلول حرکت کنند، آنها باید در قالب بسته‌هایی به نام وزیکول حرکت کنند، این وزیکول‌ها باید به صورت هوشمندی در زمان مورد نیاز، به محل مورد نیاز بروند و محموله خود را تحویل دهند. بدون چنین سیستم حمل و نقلی، انسولین از سلول‌های تولیدکننده آن در پانکراس نمی‌تواند به موقع و در زمان مورد نیاز ترشح شود و بدون آن، ما به خاطر ترشح نشدن میانجی‌های عصبی، از هرگونه حرکتی، عاجز می‌مانیم. اختلال در این سیستم، باعث بیماری‌هایی مثل دیابت یا بیماری‌های ایمنی می‌شود. سیستم حمل و نقل درون سلولی، مثل حرکت مردم و بارهایشان در یک ترافیک سنگین شهری می‌ماند.

اهدای جایزه نوبل به این دانشمندان آمریکایی در شرایطی صورت می‌گیرد که خاطرِ جامعه علمی آمریکا به خاطر تعطیلی دولت فدرال آمریکا، مکدر است و همین امر باعث شده است که بیشتر کارکنان پژوهشگاه‌‌های ملی پزشکی آمریکا، به خانه فرستاده شوند. حتی دکتر راسمن هم در کنفرانس خبری به همین مطلب اشاره کرده است و اشاره کرده است که بودجه‌بندی نادرست و سیاست‌های غلط، آینده پژوهش‌های پزشکی را با خطر مواجه می‌کنند. او گفت که در گذشته، وقتی او کارش را شروع کرد، تنها ایده خود دانشمند بود که می‌توانست محدودش کند، دانشمندان می‌توانستند صرف‌نظر از میزان دشواری و یا احتمال به پاسخ نرسیدن در یک تحقیق، کار روی آن را شروع کنند، خود او تا قبل از اینکه به نخستین شواهد موفقیت در پژوهش بنیادی‌اش دست پیدا کند، پنج سال ناکامی را تجربه کرده است. اما امروزه میزان پشتیبانی از ایده‌های پرخطر، پایین است.

هر کدام از ۳ دانشمندی که از آنها یاد کردیم، قسمتی از راز سیستم حمل و نقل درون سلولی را کشف کردند:

دکتر چکمن، ژن‌های مورد نیاز برای حمل و نقل وزیکول‌ها را کشف کرد، دکتر راسمن، پروتئین‌های را کشف کرد که باعث اتصال وزیکول‌ها به محل درست و در نتیجه تحویل صحیح محموله‌ها به مقصدشان می‌شوند و دکتر شوهف هم کشف کرد که چگونه پیام‌ها که به سلول‌ها داده می‌شوند باعث رهایی محتویات وزیکولی می‌شوند.

وزیکول‌ها، غشایی دارند که مانند یک کیسه مواد را در بر می‌گیرند، دکتر چکمن، در سنت پاول در مینِسوتا، به دنیا آمد، او در سال ۱۹۷۴ دکترای خود را گرفت. او در دهه ۱۹۷۰ از مخمر تک‌سلولی برای تحقیق خود استفاده کرد، چکمن سه دسته ژن مختلف را کشف کرد که کارشان کنترل سیستم حمل و نقل داخل سلولی است. با بهره‌برداری از همین کشف او بود که شرکت‌های داروسازی شیوه‌های تولید انسولین و واکسن هپاتیت B را با استفاده از مخمرها توسعه دادند.

دکتر راسمن، سیستم حمل و نقل زویکولی را در دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ در سلول‌های پستانداران، مورد بررسی قرار داد. او مجموعه پروتئینی‌ را کشف کرد که باعث اتصال وزیکول‌ها به مقصد و تحویل بار می‌شود. در حین این اتصال، پروتئین روی وزیکول و پروتئین روی غشای هدف، مثل دو بخش یک زیپ، با هم چفت می‌شوند.

دکتر شوهف، که هم‌اکنون شهروند ایالات متحده است، متولد شهر گوتینگن، در آلمان غربی است، او روی میانجی‌های عصبی کار کرده است، از طریق این مواد شیمیایی است که سلول‌های عصبی با هم ارتباط برقرار می‌کنند. او پایه مولکولی انجام فعالیت‌های عصبی را بررسی کرده است. دکتر راسمن و چکمن، اساس کار سیستم حمل و نقل وزیکولی را کشف کرده بودند، اما دکتر شوهف کشف کرد که چگونه این سیستم کنترل می‌شود:

سیناپس‌ها محل اتصال سلول‌های عصبی به هم هستند، دکر شوهف کشف کرد که چگونه وزیکول‌ها در محل این سیناپس‌‌ها کنترل می‌شوند. وقتی میزان کلسیم در داخل سلول‌ها بیشتر می‌شود، غشای وزیکول‌های حاوی میانجی‌های عصبی به غشای خارجی سلول می‌چسبد و محتویات داخل وزیکول‌ها تخلیه می‌شوند، فرایندی که به آن اگزوسیتوز گفته می‌شود. شوهف، دو دو پروتئین مهم را کشف کرد که در همین فرایند اگزوسیتوز، مهم هستند: complexin و synaptotagmin.

هرگونه اختلال در سیستم حمل و نقل داخل سلولی می‌تواند منجر به بیماری‌هایی شود، مثلا اشکل خاصی از تشنج به خاطر جهش‌هایی در ژن‌های کنترل کننده وزیکول‌های ایجاد می‌شوند، بیماری FHL یا لنفوهیستوسیتوز هموفاگوسیستیک فامیلی، هم به خاطر همین جهش‌های ایجاد می‌شود، در این بیماری، سلول‌ها NK یا کشنده‌های بالفطره که نوعی سلول ایمنی بدن هستند، تعادل خود را در هنگام برخورد با اهدافشان از دست می‌دهند و منجر به پاسخ التهابی شدید می‌شوند.

بوتولیسم و کزاز هم باز با ایجاد اختلال در همین سیستم، باعث مرگ بیمارانشان می‌شوند.