Нобель по химии – за жизнь без рака, диабета и алкоголизма

Нобелевскую премию по химии получили американские исследователи Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка за исследования рецепторов G-белков. Формулировка лаконичная и даже несколько скучная. Но если разобраться, то это очень важная работа, касающаяся каждого человека, да и вообще любого живого существа. Поскольку вся наша жизнь определяется в значительной мере исправной работой этих самых G-белков и их рецепторов.

Начнем с того, что клетки нашего организма постоянно общаются друг с другом. Их язык – это разнообразные вещества, весьма сложные по своему составу. Наиболее известные из них – это гормоны, но есть, разумеется, и другие, которые реже упоминаются в популярной литературе. 

Существуют также вещества внешнего происхождения, которые контактируют с клетками нашего организма – например, в процессе питания и употребления различных напитков. Но вот что долгое время было неясным: а как именно клетки реагируют на появление того или иного вещества? И могут ли они ошибаться?

Весь ХХ век ученых беспокоила загадка стремительного воздействия на организм гормона адреналина, который заставляет организм действовать на полную мощность, – эта реакция называется «бей или беги». И нынешний нобелевский лауреат Роберт Лефковиц еще в 1968 году начал работать с радиоактивным йодом, маркируя им гормоны, и наконец обнаружил специфические клеточные рецепторы, которые отвечают за его распознавание. 

Спустя несколько лет, в 1971 году, Альфред Г. Гилман и Мартин Родбелл открыли вещества, которые также участвуют в передаче сигнала клетке. Они получили название G-белки. Открытие также было удостоено Нобелевской премии еще в 1994 году, и проходило оно по разделу «медицина». Тогда награда досталась ученым за то, что они обнаружили, что G-белки действуют как клеточный усилитель, передающий сигнал клетке. 

В 80-х исследования развил Брайан Кобилка, изучавший геном человека, и добился успеха: нашел способ выявлять конкретные рецепторы. В 2011 году его группа достигла феноменальных результатов – им удалось поймать момент взаимодействия вещества и рецептора. Подробнее об этом стоит прочесть здесь.

Исследования человеческого генома позволили обнаружить около тысячи оригинальных рецепторов, которые использует клетка, чтобы распознать то или иное вещество. Примерно половина из обнаруженных рецепторов изучает ароматы, работая в обонятельной системе человека. Еще треть реагирует на такие гормоны, как допамин, серотонин, простагландин, глюкагон и гистамин. Другие рецепторы реагируют на свет в глазах, а есть те, что отвечают за вкус. И еще более ста рецепторов пока имеют неизвестные агенты: ученые просто не знают, зачем они нужны, на какие вещества должны реагировать. 

На одно и то же вещество могут реагировать самые разные рецепторы, например на адреналин реагирует девять их видов. Вся эта система в идеале обеспечивает нормальное существование – до тех пор, пока не произойдет сбой. Еще опыты А. Гилмана с лейкозными клетками показали, что нарушение работы этих самых G-белков приводит к тому, что клетка, упрощенно говоря, получив неправильный сигнал, реагирует на него тоже неправильно.

Горе организму, если его система рецепторов и G-белков «сойдет с ума». Одна из самых страшных инфекционных болезней – холера – связана с нарушением работы этих белков. Всему виной токсин, который вырабатывает поселившийся в кишечнике холерный вибрион. Этот токсин действует на G-белки клеточных мембран в кишечнике, и те оказываются зафиксированными в активной форме – то есть вода и полезные соли не будут впитываться стенками кишечника. Организм начинает терять воду и минералы в результате бесконечной диареи, нарушается баланс электролитов в крови, что разрушает нервную деятельность и ведет к остановке сердца. 

Но не только холера имеет такой механизм действия. Большинство инфекций опасны не сами по себе (внутри нас и так рассадник микробов – одним больше, не суть), а воздействием продуктов их жизнедеятельности на G-белки. 

Мы сами можем испортить себе жизнь, например, употребляя алкоголь. Исследования показывают, что именно изменения структурно-функциональных характеристик G-белков играют значительную роль в формировании толерантности организма человека или животных к этанолу, а это ведет к стремлению постоянно увеличивать дозу. Тут включается механизм замкнутого круга: больше доза, больше нарушений в других системах организма, но при этом растет и устойчивость к алкоголю, меньше удовольствия от того же объема выпитого. Под конец организм гибнет от банального химического отравления. Аналогичный механизм действует и в отношении наркотических веществ.

Та же проблема с сахаром, которая становится проблемой мирового масштаба. При диабете в значительной степени нарушается процесс передачи гормонального сигнала, который связан с G-белками. Организм перестает грамотно использовать глюкозу в крови, разрушается сложный механизм углеводного и жирового обмена. Мы просто начинаем жить вразнос, все больше систем перестают нормально работать, и, как результат, теряется иммунитет. А там грипп – это еще только начало конца.

Открытия Лефковица и Кобилки имеют практическое значение. Вместе с пониманием того, как работает система, появилась и возможность приступить к разработке лекарств нового поколения, которые исправляют сигнальную систему клетки. Они помогут при лечении сердечно-сосудистых, психических, эндокринных, инфекционных заболеваний и даже онкологии. Так что за простой формулировкой Нобелевского комитета скрывается огромная работа, которая обещает всем нам долгожданную помощь.