Nobel Medicina 2013: Rothman, Schekman y Südhof por el transporte vesicular

Nobel Medicine

Desde 1901, han recibido el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 204 científicos. Los tres últimos se han anunciado esta misma mañana, James E. Rothman (Univ. Yale, New Haven, Connecticut, EEUU), Randy W. Schekman (Univ. California, Berkeley, California, EEUU) y Thomas C. Südhof (Univ. Stanford, Palo Alto, California, EEUU). Su trabajo ha ayudado a entender la regulación del transporte de sustancias en vesículas entre los diferentes orgánulos de las células eucariotas. Permíteme un breve resumen de su trabajo basado en “Machinery Regulating Vesicle Traffic, A Major Transport System in our Cells,” Scientific Background, 2013 Nobel Prize in Physiology or Medicine [PDF]. El anuncio oficial con vídeo aquí [enlace directo al vídeo del anuncio]. Como ya habrás notado, mi predicción en Rosa Vientos fue errónea (Science Watch de Thomson Reuters predijo este premio en 2009).

Dibujo20131007 organelles and vesicle transport

Las células eucariotas están compartimentadas, presentando un núcleo y múltiples orgánulos rodeados por membranas intracelulares. Muchas moléculas deben ser transportadas (importadas y exportadas) entre estos orgánulos y del interior de la célula hacia al exterior. Albert Claude, George Palade y Christian de Duve recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1974 por estudiar cómo la célula se organiza y compartimenta. Günter Blobel recibió el Premio Nobel 1999 de Fisiología o Medicina por estudiar las señales que usan las proteínas para encontrar su orgánulo de destino dentro del citoplasma. ¿Cuáles son los mecanismos responsables del transporte de moléculas a través de las membranas de los orgánulos? El mecanismo fundamental es el de formación de vesículas, pequeñas “bolsas” cerradas separadas del citoplasma por una membrana celular (bicapa lipídica). Las vesículas almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares. Muchas vesículas se crean en el aparato de Golgi, pero también en el retículo endoplasmático rugoso o se forman a partir de partes de la membrana plasmática.

Dibujo20131007 Schekman discovered genes encoding proteins that regulates vesicle traffic

Randy W. Schekman estudió en la década de los 1970 la genética de los mecanismos de transporte intracelular en la levadura Saccharomyces cerevisiae. En 1979 descubrió dos genes, llamados sec1 y sec2, que se ampliaron a 23 en 1980 (en estos trabajos Schekman tuvo de coautor a Peter Novick). Algunos de estos genes están asociados al transporte en la membrana celular, como sec1, y otros están relacionados con la fusión de las vesículas con los orgánulos celulares y en concreto con el aparato de Golgi, como sec17 y sec18. Schekman sembró las bases genéticas del transporte celular mediante vesículas con sus estudios basados en mutantes.

Dibujo20131007 Rothman discovered that a protein complex enables vesicles to fuse with their target membranes

James E. Rothman recogió el testigo en 1980 y hasta 1984 estudió en detalle el papel del aparato de Golgi y la fusión de las vesículas con la membrana de este orgánulo. Para ello se concentró en una proteína viral particular, la proteína VSV-G, producida en las células infectadas con el virus VSV (virus de la estomatitis vesicular). La gran ventaja de VSV-G es que es posible saber cuando llega a su destino porque sufre una pequeña modificación al iniciarse la fusión. Gracias a ello descubrió la proteína llamada factor sensible a la N-etilmaleimida (NSF), que allanó el camino a la identificación de otras proteínas importantes en el control de la fusión de vesículas, como las proteínas solubles al NSF (llamadas SNAP), descubiertas en 1990. El trabajo de Schekman y Rothman se solapa porque sec18 es un NSF. Además, Rothman y Schekman colaboraron en 1992 en el estudio de sec17 y su relación con SNAP. Rothman propuso en 1993 que el complejo proteico SNARE (sintaxina, SNAP-25 y sinaptobrevina) determina la posición de los sitios activos donde se fusionan las vesículas.

Dibujo20131007 Sudhof signals transmitted nerve cells in brain and how calcium controls this process

Thomas C. Südhof lideró un grupo de jóvenes que decidió estudiar cómo se controla la fusión de vesículas sinápticas en las neuronas. Rothman y Schekman habían proporcionado los fundamentos, pero quedaban muchos detalles aún por desvelar, sobre todo relacionados con el control y la regulación del proceso. Südhof estudió la exocitosis de las vesículas sinápticas (que contienen neurotransmisores), que está regulada por los cambios en la concentración de calcio en el citoplasma. Su trabajo aclaró cómo controla el calcio la liberación de neurotransmisores en las neuronas y descubrió las proteínas (complexina y sinaptotagmina) críticas para la fusión de vesículas reguladas por el calcio. La complexina es clave en la sujeción de la vesícula durante la fusión y la sinaptotagmina actúa como un sensor para el nivel de calcio. El complejo de proteínas SNARE es clave en todo el proceso.

Dibujo20131007 vesicula sinaptica - sinapsis quimica - nobel medicina 2013

El trabajo de Rothman, Schekman y Südhof ha tenido un impacto importante en nuestra comprensión del transporte vesicular y la fusión de vesículas, clave para el control de la comunicación de neuronas en el encéfalo, la respuesta inmunológica y la hormonal. Muchas enfermedades están relacionadas con fallos en la regulación de este transporte, por ejemplo, la secreción y el transporte de la insulina en las células beta pancreáticas de los enfermos con diabetes tipo 2, o ciertas formas de epilepsia (linfohistiocitosis hemofagocítica familiar o FHL). También enfermedades infecciosas en las que el patógeno altera el sistema de transporte vesicular, como el botulismo, causado por la bacteria anaeróbica Clostridium botulinum, o el tétanos, causado por la bacteria Clostridium tetani. Y muchas más.

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6 pensamientos en “Nobel Medicina 2013: Rothman, Schekman y Südhof por el transporte vesicular

  1. Genial. Hace poco andaba leyendo sobre el tema de neurotransmisores y leia sobre el transporte de vesiculas, la activacion por sinaptotagmina, etc. Ni se me hubiera cruzado por la cabeza que era un tema que fuera a generar un premio nobel, aunque el tema es muy intersante por si.

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