Nobel z chemii za ubikwitynę, czyli białkowy "pocałunek śmierci"

Za odkrycie ubikwityny oraz jej roli, polegającej na znakowaniu białek przeznaczonych do zniszczenia, tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla z chemii zostali dwaj obywatele Izraela - Aaron Ciechanover i Avram Hershko oraz Amerykanin Irwin Rose. Nagrodzone odkrycie przedstawiciele świata nauki określają jako fantastyczne.

BEZ ŚMIERCI NIE MA ŻYCIA

Jak napisał komitet noblowski w uzasadnieniu swojej decyzji, wszystkie żywe istoty, zarówno ludzie, zwierzęta, jak i rośliny, są zbudowane z białek. W ostatnich dziesięcioleciach biochemicy wnikliwie badali procesy powstawania różnych białek, natomiast ich rozpad budził o wiele mniejsze zainteresowanie. A przecież gdyby organizm nie potrafił rozkładać zbędnych białek, nie mógłby funkcjonować.

Na początku lat 80. XX wieku Ciechanover, Hershko i Rose odkryli jeden z najważniejszych cyklicznych procesów w komórce - proces rozpadu białek. Te właśnie badania przyniosły im tegorocznego Nobla.

Aaron Ciechanover (ur. w 1947 r.) z Izraela i jego rodak węgierskiego pochodzenia Avram Hershko (ur. w 1937 r.) pracują w Izraelskim Instytucie Technologii Technion w Hajfie. Trzeci noblista, 78-letni Amerykanin Irwin Rose, prowadzi badania na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine.

METKOWANIE DO NIEPOTRZEBNYCH BIAŁEK

Żywa komórka przypomina mikroskopijne miasto, w którym bez przerwy trwają rozbiórki starych domów i budowa nowych obiektów. Proces przemiany białek zachodzi z ogromną szybkością. W normalnych warunkach jest to proces ściśle kontrolowany.

Ubikwityna to jakby metka, która przyłącza się do określonego białka, aby je oznaczyć. Oznaczone białko ulega najczęściej degradacji - mówi prof. Jacek Kuźnicki z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie.

\"Przypomina to proces sortowania różnych śmieci białkowych w komórce\" - dodaje.

Białka, które mają ulec zniszczeniu, dostają molekularną etykietkę, którą można by nazwać \"pocałunkiem śmierci\". Etykietka takiego zbędnego białka zawiera małą cząsteczkę białka zwanego ubikwityną.

Białko z taką ubikwitynową \"metką\" jest rozpoznawane przez system innych białek. Ilość i sposób przyłączania cząsteczek ubikwityny informuje komórkę, co dalej zrobić z oznaczonym białkiem.

Często ubikwitynacja (przyłączenie cząsteczek ubikwityny) powoduje rozpad danego białka, ale czasami - jego aktywację przed rozpadem. Metka również może pełnić rolę adresu i informować komórkę, że białko należy przenieść do innej jej części.

WAŻNA PODCZAS UCZENIA SIĘ

\"Początkowo badania nad ubikwityną wcale nie były sensacją. Degradacja zbędnych białek nie wydawała się wcale takim ważnym procesem. W ostatnich kilku latach okazało się jednak, że ubikwityna może również doprowadzić do krótkiej aktywacji białka, zanim ono się rozpadnie, a ten proces jest bardzo ważny przy podziale komórek\" - zwraca uwagę prof. Kuźnicki.

Ubikwityna to cząsteczka powszechnie występująca. Jest składnikiem praktycznie wszystkich komórek i bierze udział w wielu podstawowych procesach życiowych.

\"Na przykład w molekularnych procesach uczenia się i zapamiętywania powstają nowe połączenia (tzw. synaptyczne) między neuronami. Aby synapsa się przebudowała, musi coś w tym miejscu zniknąć i pojawić się coś nowego, a żeby to coś zniknęło, musi być ubikwitynowane\" - tłumaczy specjalista.

NADZIEJA DLA CHORYCH

Jak wyjaśnia prof. Kuźnicki, badania nad tymi procesami mogą mieć znaczenie w medycynie, zwłaszcza w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona lub Alzheimera.

\"Przykładowo w chorobie Alzheimera białka przestają funkcjonować poprawnie i w szkodliwy sposób odkładają się w organizmie postaci tzw. płytek amyloidowych, zwanych także płytkami starczymi\" - mówi prof. Jan Barciszewski z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu.

Czy dzięki ubikwitynie uda się usuwać odkładające się białka, które powodują Alzheimera? To wyzwanie na przyszłość dla naukowców - ocenia Barciszewski.

Wyniki badań nad ubikwityną mogą także stanowić nowy sygnał w poszukiwaniach metod walki z rakiem - dodaje prof. Lucjan Piela z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego.

\"Niewykluczone, że możliwe byłoby posłużenie się tymi mechanizmami dla zlikwidowania białek produkowanych w procesie nowotworowym\" - przypuszcza profesor Piela.

\"Prowadzone przez tegorocznych noblistów badania pozwoliły na lepsze zrozumienie patogenezy niektórych chorób nowotworowych, niektórych chorób genetycznych i zmienionych procesów degradacji białek, m.in. w chorobie Alzheimera lub Huntingtona\" - podkreśla doc. Teresa Żołądek z Instytutu Biochemii i Biofizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie.

Jej zdaniem, poznanie mechanizmów związanych z niewłaściwą pracą ubikwityny może w przyszłości przyczynić się do odkrycia leków, ingerujących w procesy degradacji zbędnych białek. W procesach chorobowych są one zaburzone.

INTELIGENTNA GILOTYNA

Trzej nobliści pozwolili zrozumieć także, w jaki sposób komórka, choć narażona na permanentne niszczenie, utrzymuje się przy życiu.

\"Dzieje się tak dlatego, że wyszukuje ona znajdujące się w niej białka toksyczne i usuwa je z organizmu, niczym inteligentna gilotyna. To fantastyczne odkrycie\" - ocenia prof. Barciszewski.

\"Ubikwityna działa na zasadzie gilotyny. Ale nie jest to zwykła gilotyna. Zwykła gilotyna jest głupia i tnie wszystko. Ubikwityna to gilotyna inteligentna, wie, które dokładnie białko ma usunąć\" - dodaje.

\"Białka to główny budulec komórek\" - przypomina Barciszewski. Mogą ulegać uszkodzeniom, na przykład wskutek procesów starzenia lub wpływu środowiska i stają się dla komórki niebezpieczne. Wtedy do akcji wkracza ubikwityna. Jest bardzo mała, ale ma ogromną moc. Wydaje wyrok śmierci na białka, które są dla komórki toksyczne - tłumaczy Barciszewski.

Ale jak usuwać jedno białko, a nie usuwać drugiego? Jak dokonywać selekcji? \"Ktoś musi nad tym wszystkim panować\" - zaznacza Bartoszewski. Gdyby białka usuwane były bez żadnej kontroli, człowiek zniknąłby z powierzchni Ziemi bardzo szybko.

Tym \"kimś\" jest mechanizm kontrolujący degradację białek, oparty o proces ubikwitynizacji - czyli znakowania przez ubikwitynę tych białek, które przeznaczone są do zniszczenia - tłumaczy profesor.

PRZYCZYNA OBUMIERANIA BIAŁEK

Badania prowadzone przez tegorocznych laureatów Nagrody Nobla z chemii wyjaśniły jedną z zagadek obumierania białek wewnątrz komórki - mówi kierownik Zakładu Biochemii Ogólnej Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, prof. Andrzej Klein.

\"Te badania mają wielkie znaczenie odkrywcze. Do tej pory nie wiedziano, dlaczego jedne białka żyją dłużej, inne krócej\" - dodaje.

Ubikwityna, białko złożone z 76 aminokwasów, występuje w komórkach wszystkich kręgowców.

\"Jest to tzw. białko konserwatywne ewolucyjnie. U drożdży i u człowieka wykazuje 96-procentowe podobieństwo w sekwencji aminokwasowej, a więc w ciągu bardzo długiej drogi ewolucyjnej praktyczne zmieniło się tylko w 4 procentach\" - przypomina prof. Klein.

ORGANIZM POD BATUTĄ

To małe białko chroni komórki przed innymi, złymi białkami. Jest jak batuta w ręku dyrygenta. Naznacza odpowiednie części skomplikowanego układu. Jedne przeznacza do działania, inne do destrukcji. W ten sposób cały organizm jest pod batutą jednego malutkiego białka - mówi prof. Lucjan Piela.

\"Zarządzanie białkami w organizmie jest niezwykle skomplikowanym procesem. Molekuły białek muszą być ciągle odnawiane. Białka, które utworzą się źle, to znaczy źle się +zwiną+, mają złą formę przestrzenną i muszą być zlikwidowane\" - .

\"Zasługą Ciechanovera, Hershki i Rosa jest to, że postanowili ustalić, co organizm robi, żeby pozbyć się z komórek szkodliwych białek i udało im się\" - tłumaczy Piela.

\"W organizmie człowieka ubikwitynę można porównać do akcji dyrygenta, który wskazuje batutą, że pewna część orkiestry ma się uciszyć, a inna ma zacząć grać - mówi Piela.

PAP - Nauka w Polsce

6 października 2004