Το Νόμπελ Χημείας 2004 απονεμήθηκε για την ανακάλυψη της πρωτεϊνικής αποδόμησης

Από το δίκτυο, 6 Οκτωβρίου 2004

Οι πρωτεΐνες βοηθούν στην ανάπτυξη όλων των έμβιων οργανισμών: φυτά, ζώα και επομένως εμάς τους ανθρώπους. Στο παρελθόν η βιοχημεία, με ζωή λίγων δεκαετιών, πέρασε αρκετό χρόνο μέχρι να εξηγήσει με ποιο τρόπο το κύτταρο παράγει όλες τις πρωτεΐνες του. Αλλά το πως αποδομούνται οι πρωτεΐνες, δεν υπήρχαν και τόσοι πολλοί ερευνητές να ενδιαφερθούν. Οι Aaron Ciechanover, Avram Hershko και Irwin Rose πήγαν ενάντια σε αυτό το ρεύμα και στην αρχή της δεκαετίας του '80 ανακάλυψαν μια από τις σημαντικότερες κυκλικές διαδικασίες του κυττάρου, τη ρυθμιζόμενη πρωτεϊνική αποδόμηση. Για αυτή τους την ανακάλυψη, ανταμείβονται από κοινού με το φετινό βραβείο Νόμπελ στη Χημεία.

Οι τρεις χημικοί νομπελίστες
Aaron Ciechanover	Avram Hershko	Irwin Rose
Από το Ισραήλ	Από το Ισραήλ	Από τις ΗΠΑ
Πήρε το ντοκτορά  του το 1981. Εργάζεται ως καθηγητής Βιοχημείας στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Ισραήλ	Ζει και εργάζεται σαν καθηγητής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Ισραήλ. Έχει πάρει το ντοκτορά  του το 1969	είναι από τη Νέα Υόρκη, όπου γεννήθηκε το 1926. Πήρε το ντοκτορά  του το 1952 στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και είναι ειδικός στο Τμήμα Φυσιολογίας και Βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Irvine
Γεννήθηκε το 1947	Γεννήθηκε το 1937	Γεννήθηκε το 1926

Το ανθρώπινο κύτταρο περιέχει περίπου εκατό χιλιάδες διαφορετικές πρωτεΐνες. Αυτές έχουν πολυάριθμες σημαντικές λειτουργίες: ως επιταχυντές των χημικών αντιδράσεων υπό μορφή ενζύμων, ως ουσίες σήματα υπό μορφή ορμονών, ως σημαντικοί δράστες στο ανοσοποιητικό μας σύστημα και υπεύθυνες ενώσεις για το σχηματισμό και τη δομή του κυττάρου.

Οι Aaron Ciechanover, Avram Hershko και Irwin Rose μας βοήθησαν να συνειδητοποιήσουμε ότι το κύτταρο λειτουργεί ως ένας ιδιαίτερα αποδοτικός σταθμός ελέγχου, όπου οι πρωτεΐνες αναπτύσσονται, ζουν ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και μετά αποδομούνται με ένα έντονο ρυθμό.  Η ανακύκλωση των πρωτεϊνών επιτρέπει στο κύτταρο να αντικαθιστά ελαττωματικές πρωτεΐνες και να αλλάζει την πρωτεϊνική του σύσταση ανάλογα με τις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Από παλιά όμως ήταν γνωστά διάφορα απλά ένζυμα για την αποδόμηση των πρωτεϊνών. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η τρυψίνη, που στο λεπτό έντερο αποδομεί τις πρωτεΐνες που βρίσκονται στις τροφές σε αμινοξέα. Επιπλέον, υπάρχει ένα οργανίδιο στα κύτταρα, το λυσόσωμα, στο οποίο απορροφώνται οι πρωτεΐνες και είχε μελετηθεί από καιρό. Το κοινό για αυτές τις διαδικασίες είναι ότι δεν απαιτούν καμιά ενέργεια προκειμένου να λειτουργήσουν.

Πειράματα από τη δεκαετία '50, εντούτοις, έδειξαν ότι η διάσπαση των πρωτεϊνών του κυττάρου απαιτεί ενέργεια. Αυτό μπέρδευε τους ερευνητές, και είναι ακριβώς αυτό το παράδοξο που κρύβεται πίσω από το φετινό βραβείο Νόμπελ στη Χημεία: ότι η αποδόμηση των πρωτεϊνών μέσα στο κύτταρο απαιτεί ενέργεια, ενώ άλλη πρωτεϊνική αποδόμηση πραγματοποιείται χωρίς πρόσθετη ενέργεια.

Το πρώτο βήμα για την εξήγηση αυτής της πρωτεϊνικής υποβάθμισης, που χρειάζεται ενέργεια, έγινε από τον Goldberg και τους συναδέλφους του όταν το 1977 παρήγαγαν ένα απόσπασμα από τα ανώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία καταλύουν την αποδόμηση των ανώμαλων πρωτεϊνών με έναν τρόπο εξαρτώμενο από το ATP (ATP = τριφωσφορικό άλας της αδενοσίνης ή ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου).

Η εργασία των τριών νομπελιστών

Χρησιμοποιώντας ένα τέτοιο απόσπασμα οι Aaron Ciechanover, Avram Hershko και Irwin Rose, προς το τέλος της δεκαετίας του '70 και στις αρχές της δεκαετίας του '80 για βιοχημικές μελέτες, πέτυχαν να δείξουν ότι η πρωτεϊνική αποδόμηση στα κύτταρα πραγματοποιείται με μία σειρά σταδιακών αντιδράσεων που οδηγούν στην αποδόμηση αυτών των πρωτεϊνών που είναι μαρκαρισμένες με το πολυπεπτίδιο ουβικιτίνη.

Η αποδόμηση όμως δεν γίνεται αδιάκριτα αλλά πραγματοποιείται μέσω μιας διαδικασίας που κάνει λεπτομερή έλεγχο, έτσι ώστε οι πρωτεΐνες να διασπώνται όταν κάποια στιγμή παραλάβουν μια ειδική μοριακή ετικέτα, κάτι σαν το 'φιλί του θανάτου'. Όταν οι πρωτεΐνες ειδοποιούνται με την άφιξη αυτών των μορίων για την αποδόμηση τους, αποβάλλονται σε ορισμένες περιοχές των κυττάρων που περιέχουν κυτταρικά απόβλητα, το λεγόμενο πρωτεάσωμα, όπου εκεί τεμαχίζονται σε μικρά κομμάτια και καταστρέφονται.

Η ουβικιτίνη  - ένα συνηθισμένο πολυπεπτίδιο - που συμμετέχει με το 'φιλί του θανάτου' στην αναγνώριση της πρωτεϊνης που πρόκειται να διασοαστεί.

Η ειδοποιητήρια ετικέτα αποτελείται από το πολυπεπτίδιο ubiquitin ή ουβικιτίνη. Αυτό κολλάει στην πρωτεΐνη που πρόκειται να καταστραφεί, το συνοδεύει στο πρωτεάσωμα όπου εκεί αναγνωρίζεται όπως το κλειδί σε μια κλειδαριά, και δίνει έτσι το σήμα ότι μια πρωτεΐνη είναι για αποδόμηση και διάλυση. Λίγο προτού η πρωτεΐνη συμπιεστεί στο πρωτεάσωμα, η ετικέτα-μόριο ουβικιτίνη έχει αποσυνδεθεί από την πρωτεΐνη της για να  επαναχρησιμοποιηθεί.

Τρισδιάστατο μοντέλο του πρωτεασώματος, του κυτταρικού οργανιδίου όπου καταστρέφονται οι άχρηστες πρωτεΐνες

Χάρις την εργασία των τριών νομπελιστών είναι τώρα δυνατό να γίνει κατανοητό σε μοριακό επίπεδο με ποιο τρόπο το κύτταρο ελέγχει διάφορες κεντρικές διαδικασίες αποδομώντας ορισμένες συγκεκριμένες πρωτεΐνες και όχι άλλες. Παραδείγματα τέτοιων διαδικασιών που ελέγχονται από το ενδιάμεσο μόριο ουβικιτίνη για την πρωτεϊνική διάσπαση είναι η κυτταροδιαίρεση, η επισκευή του DNA, ο ποιοτικός έλεγχος των πρόσφατα παραγόμενων πρωτεϊνών, και σημαντικά μέρη της άμυνας του οργανισμού με αντισώματα.

Όταν η διάσπαση των πρωτεϊνών δεν λειτουργεί σωστά, αρρωσταίνουμε. Ο αυχενικός καρκίνος και η κυστική ίνωση είναι δύο τέτοια παραδείγματα. Η καλή γνώση της μεσολαβούσης ουσίας ουβικιτίνης για την πρωτεϊνική διάσπαση προσφέρει μια ευκαιρία να αναπτυχθούν φάρμακα ενάντια σε αυτές τις ασθένειες.