Scienze

Nobel Medicina 2013 agli scopritori del sistema di trasporto cellulare

Il premio Nobel per la Fisiologia o Medicina 2013 è stato assegnato agli americani James Rothman, Randy Schekman e al tedesco Thomas Südhof: i tre studiosi sono stati scelti per aver scoperto il meccanismo che regola il trasporto di molecole dentro le cellule, una modalità di "controllo estremamente preciso" con cui le cellule organizzano il sistema di "trasporto e distribuzione del proprio carico", si legge nella motivazione. LIVE BLOG

Ciò che potete leggere qui sotto è il live blog dell'annuncio del premio Nobel per la fisiologia o Medicina 2013, in ordine cronologico, così come lo abbiamo raccontato in diretta. I principali punti da sapere, per iniziare sono:

  • Il premio Nobel 2013 per la Medicina è andato a James E Rothman (USA) dell'Università di Yale, Randy W Schekman (USA) dell'Università di Berkeley e Thomas Südhof (Germania) dell'Università di Stanford per aver scoperto il meccanismo che regola il trasporto di molecole dentro le cellule, una modalità di controllo estremamente precisa con cui le cellule organizzano il sistema di trasporto e distribuzione dei propri carichi attraverso le cosiddette vescicole.

  • Schekman ha identificato tre classi di geni che controllano il sistema di trasporto della cellula.

  • Rothman ha scoperto i complessi proteici che assicurano che i carichi vengano consegnati alla destinazione giusta.

  • Südhof ha mostrato come le cellule nervose comunicano tra loro con una precisione e un tempismo perfetto.

  • Pur essendo un premio per le ricerche di biologia, le scoperte dei tre ci hanno permesso di capire e combattere importanti patologie.
  • 11.00 - Come ogni anno, la prima settimana piena di ottobre è una settimana speciale per la comunità scientifica internazionale. Alle 11.30 circa, il Karolinska Institut di Stoccolma, l'Accademia Reale Svedese delle Scienze, il Parlamento della Norvegia e la Fondazione Nobel annunceranno i primi vincitori della carrellata di Nobel di quest'anno. Ad aprire le danze saranno i premiati per la Fisiologia o la Medicina.

    Per ingannare l'attesa, qualche curiosità sul Nobel per la Medicina
    201 persone hanno vinto il premio Nobel per la Medicina dal 1901 al 2012.
    10 donne soltanto (sigh) hanno vinto questo riconoscimento (ma tra questa c'è Rita Levi-Montalcini)
    57 è l'età media dei vincitori nell'anno in cui hanno vinto
    32 anni: è l'età del più giovane vincitore, Frederick G. Banting che vinse nel 1923 per la scoperta dell'insulina.
    87 anni: è l'età del più anziano vincitore, Peytion Rous che vinse nel 1966 per la sua teoria dell'origine virale dei tumori.

    11.30 - Il Nobel per la medicina 2013 è stato assegnato a James E. Rothman, Randy W. Schekman e Thomas C. Südhof per la scoperta dei meccanismi che regolano il traffico delle vescicole, uno dei principali sistemi di trasporto nelle nostre cellule.
    È un premio più alla biologia (e alla fisiologia) che alla medicina.

    James E. Rothman è Professore di Scienze Biomediche, Biologia Cellulare e Chimica all'Università di Yale. Randy W. Schekman insegna Biologia cellulare all'Università di Berkeley e Thomas C Südhof è Professore di Fisiologia cellulare, neurologia e psichiatria all'Università di Stanford.

    Un momento, mi lasci fermare la macchina, sto guidando nel mezzo della Spagna e mi sono perso.

    Thomas Südhof, rispondendo al telefono, quando gli dicono che ha vinto il Nobel.

    L'audio in inglese

    11.59 - Perché queste ricerche sono importanti? Che cos'è il trasporto cellulare? E che effetti ha sulla nostra salute?

    Qualche informazione in più per capire la portata delle ricerche che sono valse il Nobel per la Fisiologia o Medicina 2013.

    Il corpo umano è composto da miliardi di cellule che - per vivere e fare il compito per cui sono state "progettate" - tra loro devono comunicare e scambiarsi informazioni e molecole.

    Attraverso le loro scoperte, Rothman, Schekman e Südhof ci hanno permesso di comprendere come avvenga questo enorme, microscopico e preciso sistema di trasporto e consegna delle “merci” cellulari.

    Perché sono scoperte importanti? Prima di tutto, perché senza questo sistema di trasporto, noi semplicemente non ci saremmo. Poi perché le anomalie in questo sistema di trasporto hanno effetti deleteri sul nostro organismo e contribuiscono a patologie neurologiche, immunitarie e al diabete.

    Come funziona il sistema di trasporto nelle cellule
    In un porto grande e trafficato, ci sono sistemi molto sofisticati per garantire che il carico corretto sia spedito verso la destinazione giusta al momento propizio, che il container X finisca nella nave Y destinata al porto Z.

    La cellula, con i suoi diversi compartimenti chiamati organelli, affronta un problema simile: le cellule producono molecole come ormoni, neurotrasmettitori, citochine ed enzimi che devono essere consegnate in altri punti all'interno della cellula, o esportati fuori dalla cellula, esattamente al momento giusto. Tempi e destinazioni sono tutto, come nel migliore ufficio postale o il più efficiente corriere espresso.

    I postini delle cellule sono minuscole vescicole simili a bolle, circondate da membrane che trasportano il carico tra gli organelli o si fondono con la membrana esterna della cellula per rilasciare il loro carico verso l'esterno. Questo meccanismo è molto importante perché nel caso si tratti di neurotrasmettitori innesca l’attivazione nervosa, mentre se si tratta di ormoni controlla il metabolismo.

    La mia prima reazione è stata "Oh mio Dio". Ed è stata anche la mia seconda reazione.

    Randy Schekman, all'1.30 di notte, quando ha ricevuto la telefonata che gli annunciava la vincita del Nobel.

    Ma come fanno le vescicole a sapere dove e quando consegnare il loro carico?
    Randy Schekman era affascinato dal modo in cui la cellula organizza il suo sistema di trasporti e nel 1970 decise di studiare la base genetica utilizzando il lievito come sistema modello. In uno screening genetico, ha identificato le cellule di lievito con un apparato di trasporto difettoso, che dava origine a una situazione simile a un sistema di trasporto pubblico mal pianificato. Le vescicole si ammucchiavano in alcune parti della cellula.

    Ha scoperto che la causa di questa congestione era genetica e ha continuato a identificare i geni mutati. Schekman ha così identificato tre classi di geni che controllano i diversi aspetti del sistema di trasporto della cellula, fornendo nuove informazioni sul macchinario che regola precisamente il trasporto delle vescicole nella cellula.

    Attracco preciso
    James Rothman era affascinato dalla natura del sistema di trasporto della cellula. Dal 1980 e il 1990, mentre studiava il trasporto delle vescicole nelle cellule di mammifero, scopriva che un complesso proteico permette alle vescicole di attraccare e di fondersi con le loro membrane bersaglio. Nel processo di fusione, le proteine sulle vescicole e si legano alle membrane bersaglio come i due lati di una cerniera. Il fatto che le proteine di questo tipo sono molte e che si legano solo in particolari combinazioni garantisce che ogni carico venga consegnato nel luogo giusto. Lo stesso principio opera all’interno della cellula e quando le vescicole si legano alle membrana esterna della cellula rilasciano il loro contenuto.

    Si è scoperto poi che alcuni dei geni scoperti da Schekman nel lievito avevano la ricetta per produrre le proteine identificate da Rothman nei mammiferi, rivelando che il sistema di trasporto ha una antica origine evolutiva. Insieme i due ricercatori hanno mappato i componenti critici dell’apparato di trasporto della cellula.

    Il tempismo è tutto
    Thomas Südhof era interessato a come le cellule nervose del cervello comunicano tra loro. Le molecole di segnalazione, o neurotrasmettitori, vengono rilasciati dalle vescicole che si fondono con la membrana esterna delle cellule nervose utilizzando il macchinario scoperto da Rothman e Schekman. Ma queste vescicole hanno il permesso di rilasciare il loro contenuto solo quando la cellula invia segnali alle cellule vicine. Che cosa controlla in modo così preciso il rilascio? Si sapeva che gli ioni calcio sono coinvolti in questo processo e nel 1990, Südhof cercò nelle cellule nervose delle proteine sensibili al calcio. Ha così identificato il macchinario molecolare che risponde a un afflusso di ioni calcio e fa legare rapidamente le proteine vicine alle vescicole alla membrana esterna della cellula nervosa. La cerniera a lampo si apre e vengono rilasciate sostanze segnale. La scoperta di Südhof spiegava la precisione temporale e come il contenuto delle vescicole potesse essere rilasciato a comando.

    Il live blog prosegue sotto l'immagine.

    12.00 - Qui il video di una conferenza sul meccanismo molecolare del rilascio sincrono del neurotrasmettitori alle sinapsi tenuto a dicembre 2012 da James Rothman:


    16.00 - Come molti premi Nobel prima di loro, i vincitori di oggi hanno già raccolto un considerevole bottino di importanti riconoscimenti scientifici. Südhof ha vinto nel 2013 l'Albert Lasker Award per la ricerca medica di base, un premio che Schekman e Rothman avevano già vinto nel 2002. Südhof e Rothman avevano vinto ex aequo il premio Kavli per le neuroscienze nel 2010, mentre Schekman è stato scelto come membro straniero della prestigiosa Royal Society inglese proprio all'inizio di quest'anno.

    Le previsioni (che non si sono avverate)
    Secondo David Pendlebury, analista della Thomson Reuters (la società a capo dell'agenzia stampa britannica Reuters) che ogni anno compila una lista dei papabili vincitori sulla base degli articoli accademici pubblicati per ogni categoria, il premio potrebbe andare quest'anno ad Adrian Bird dell'Università di Edimburgo (Scozia), con Aharon Razin e Howard Cedar della Hebrew University di Gerusalemme, per le loro ricerche sulle modificazioni epigenetiche del DNA e sull'espressione genica, la manipolazione delle molecole di DNA volta ad attivare o disattivare alcuni geni (per prevenire l'insorgere di malattie legate alla degenerazione di parti del nostro codice genetico).

    A contendere lo scettro ci sarebbero anche Daniel J. Klionsky dell'Università del Michigan, Noboru Mizushima dell'Università di Tokyo e Yoshinori Ohsumi del Tokyo Institute of Technology, per le loro ricerche sull'autofagia, un processo di degradazione cellulare. E Dennis J. Slamon della Università della California (Los Angeles), per i suoi studi sul cancro. Altre voci propenderebbero invece per l'austriaca Ingeborg Hochmair, per i suoi lavori sugli impianti cocleari. Si tratta, al momento, soltanto di indiscrezioni. Ci azzeccheranno? Staremo a vedere.

    17.30 - I commenti
    Felix Thomas Wieland lavora presso il centro di biochimica dell’università di Heidelberg, e si occupa del meccanismo molecolare della formazione delle vescicole cellulari, un campo di ricerca complementare a quello che ha consentito a James Rothman, Randy W. Schekman e Thomas C. Südhof di vincere il premio Nobel. Marco Ferrari che a Focus si occupa sopratutto di temi legati alla biologia, gli ha chiesto un parere sulle ricerche.

    «Sappiamo da molto tempo che la cellula produce proteine o altre sostanze in alcuni distretti cellulari, e li deve trasportare in altre parti della cellula, o addirittura fuori dal corpo» spiega Wieland. Il metodo per trasportare le sostanze sono piccole bolle di lipidi e proteine, cioè vescicole che si spostano all’interno della cellula e ne fuoriescono. Le scoperte premiate sono andate a chiarire proprio il meccanismo «con cui le membrane delle vescicole si fondono tra di loro e quindi i prodotti escono dalle vescicole stesse» racconta Wieland.

    Scheckman ha chiarito che ci sono geni particolari nel lievito (il suo organismo di studio) che se bloccati impediscono a questo meccanismo di funzionare. È stato possibile in questo modo ricostruire l’intera reazione, come dicono gli scienziati, in vitro, cioè nelle capsule di laboratorio. Capire cioè come le membrane delle vescicole si avvicinano fino a fondersi.

    «Thomas Südhof ha invece spiegato invece la velocità a cui avviene la “scarica” di neurotrasmettitori nel cervello, un processo estremamente veloce» prosegue Wieland. Non ci sono ancora applicazioni dirette di queste ricerche alla medicina, ma sappiamo che in molte patologie, come in alcuni tipi di diabete, ci sono difetti nell’escrezione di sostanze, e che molte malattie del sistema nervoso implicano difetti nelle sinapsi, le zone dove le cellule si trasmettono il segnale l’una l’altra, appunto attraverso molecole che passano da una cellula all’altra.

    8 ottobre
    «Il Nobel premia un lavoro di fondo molto vasto», dice Maria Elena Miranda Banos, ricercatore del Dipartimento di biologia e biotecnologia all'università La Sapienza di Roma. «Ci ha aiutato a capire la base genetica di tante malattie, e probabilmente queste scoperte potranno essere applicato ad altre affezioni». Per esempio a quelle del sistema nervoso; molte malattie come Alzheimer o morbo di Parkinson si basano su difetti nella produzione e secrezione delle molecole che trasmettono il segnale nelle cellule (i neurotrasmettitori).

    «È stata scoperta per esempio una relazione diretta anche tra meccanismi di secrezione e trasmissione di alcuni neurotrasmetittori e due sindromi che sembrano in crescita, come schizofrenia e autismo». Quest'ultimo è legato ai meccanismi del traffico delle vescicole sinaptiche; queste sono le "palline" piene di molecole attive, presenti nei neuroni, che scaricano il loro contenuto fuori da una cellula nervosa in modo da mandare un segnale (attivatorio o inibitorio) una vicina.

    «Ci sono connessioni la malattia che studio io, il diabete, e il traffico delle vescicole nelle cellule che devono rilasciare insulina», conclude Miranda Banos. Inoltre sapere come facciano le cellule a spostare i materiali al loro interno (e secernerli all'esterno) permette di ottimizzare la produzione di insulina e altri ormoni in organismi usati a questo scopo, come il lievito.

    7 ottobre 2013
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