รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ปี 2013

By: terminus
Writer
on Mon, 07/10/2013 - 17:08

ต้นเดือนตุลาคมของทุกปีเป็นช่วงเวลาที่นักวิทยาศาสตร์และผู้สนใจทั่วโลกนั่งลุ้นการประกาศผลรางวัลโนเบล และก็เหมือนเช่นเคยทุกปี รางวัลโนเบลสาขาแรกที่ประกาศผลคือรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์

สำหรับปี 2013 นี้ นักวิทยาศาสตร์ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์มีด้วยกัน 3 ท่าน ได้แก่ James E. Rothman, Randy W. Schekman และ Thomas C. Südhof ในฐานะที่เป็นผู้ค้นพบกลไกการทำงานของ vesicle ซึ่งเป็นระบบการขนส่งสารหลักในเซลล์สิ่งมีชีวิต

ก่อนอื่นต้องทำความรู้จักกับ vesicle กันเสียเล็กน้อย เมื่อ Endoplasmic Reticulum และ Golgi Apparatus (ซึ่งเปรียบเสมือนโรงงานผลิตและแปรรูปของเซลล์) สร้างสารขึ้นมาใช้ทำงาน ส่วนใหญ่สารเหล่านี้จำเป็นจะต้องถูกส่งไปยังที่ที่กำหนดไว้อย่างถูกต้อง จะปล่อยทิ้งเรี่ยราดสะเปะสะปะไม่ได้ ดังนั้นสารพวกนี้จึงถูกยัดใส่ลงถุงกระเปาะที่เรียกว่า "vesicle" จากนั้น vesicle ก็จะค่อยๆ เคลื่อนไถลๆ เอาสารไปส่งยังที่ชอบๆ

ในช่วงคริสตทศวรรษ 1970 Randy Schekman ได้ค้นพบว่ายีสต์ที่มีการกลายพันธุ์ในยีนชุดหนึ่งมีความผิดปกติของระบบขนส่งสารภายในเซลล์ กระเปาะ vesicle ไปกระจุกอัดกันในบางบริเวณ ไม่ได้ไหลต่อเนื่องตามปรกติ ราวกับเกิดเหตุการณ์ไฟจราจรขัดข้องใจกลางเมือง และหลังจากที่ทีมวิจัยของเขาได้ศึกษาต่อเนื่องลงลึกไปอีก ก็ได้พบยีนทั้งหมด 3 คลาสที่ควบคุมการทำงานของการขนส่ง vesicle ในเซลล์ยีสต์

  • Novick P, Schekman R: Secretion and cell-surface growth are blocked in a temperature-sensitive mutant of Saccharomyces cerevisiae. Proc Natl Acad Sci USA 1979; 76:1858-1862.

  • Kaiser CA, Schekman R: Distinct sets of SEC genes govern transport vesicle formation and fusion early in the secretory pathway. Cell 1990; 61:723-733.

James Rothman เริ่มต้นด้วยความสงสัยว่า vesicle รู้ได้อย่างไรว่าต้องขนสารอะไรไปที่ไหน มันมีป้ายอะไรบอกว่าต้องเอาสารนี้มาส่งตรงนี้ๆ ตรงนั้นๆ หลังจากศึกษาหาป้ายบนผิว vesicle ด้วยความอุตสาหะ เขาค้นพบโครงสร้างเชิงซ้อนของโปรตีนบนเยื่อผิวของออร์แกเนลล์ (organelle = "ส่วนประกอบที่ทำหน้าที่ต่างๆ ภายในเซลล์") ของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่จะจับกับโปรตีนบนผิวของ vesicle ซึ่งจะมีความจำเพาะเจาะจงซึ่งกันและกัน เมื่อโปรตีนบนผิวของทั้งสองจับกัน เยื่อของ vesicle ก็จะหลอมรวมกับเยื่อผิวของออร์แกนเนลล์นั้นๆ และสารใน vesicle ก็จะถูกปลดปล่อยสู่ที่ที่มันควรจะไป

  • Balch WE, Dunphy WG, Braell WA, Rothman JE: Reconstitution of the transport of protein between successive compartments of the Golgi measured by the coupled incorporation of N-acetylglucosamine. Cell 1984; 39:405-416.

  • Sollner T, Whiteheart W, Brunner M, Erdjument-Bromage H, Geromanos S, Tempst P, Rothman JE: SNAP receptor implicated in vesicle targeting and fusion. Nature 1993; 362:318-324.

ส่วน Thomas Südhof นั้น พอได้เห็นการค้นพบของ Randy Schekman และ James Rothman เขาก็สงสัยว่าเซลล์ขนส่งสารผ่าน vesicle ด้วยเวลาที่แม่นยำเที่ยงตรงได้อย่างไรโดยเฉพาะในงานต้องการความแม่นยำสูงๆ อย่างเช่น การขนส่งสารสื่อประสาท (Neurotransmitter) หากผิดพลาดเพียงนิดเดียวกระแสประสาทก็จะขาดตอนได้ นักวิทยาศาสตร์รุ่นก่อนหน้าก็พอจะระแคะระคายอยู่แล้วว่าไอออนของแคลเซียมมีส่วนในกระบวนการแน่ๆ แต่ทีมวิจัยของ Thomas Südhof เป็นกลุ่มแรกที่ค้นพบกลไกสวิตช์โปรตีนที่ควบคุมโดยไอออนของแคลเซียม เมื่อมีไออนแคลเซียมไหลทะลักเข้ามา โปรตีนจำเพาะบนเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทจะเปลี่ยนโครงสร้างและจับตัวกับ vesicle อย่างรวดเร็วทำให้สารสื่อประสาทถูกหลั่งออกมาได้ในเกือบจะทันที

  • Perin MS, Fried VA, Mignery GA, Jahn R, Südhof TC: Phospholipid binding by a synaptic vesicle protein homologous to the regulatory region of protein kinase C. Nature 1990; 345:260-263.

  • Hata Y, Slaughter CA, Südhof TC: Synaptic vesicle fusion complex contains unc-18 homologue bound to syntaxin. Nature 1993; 366:347-351.

การค้นพบของทั้งสามคนทำให้วงการวิทยาศาสตร์เข้าใจการทำงานของระบบขนส่งสารภายในเซลล์มากขึ้น ความรู้ความเข้าใจนี้ช่วยให้เราสามารถวินิจฉัยและหาทางรักษาโรคหลายชนิดที่มีสาเหตุมาจากความผิดปกติของระบบการขนส่งสารภายในเซลล์ เช่น เบาหวาน, อาการผิดปกติของระบบภูมิคุ้มกัน, อาการผิดปกติของระบบประสาท เป็นต้น

ที่มา - Nobel Prize Press Release