Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2013

Como suele ser costumbre, siempre dedico un espacio para reseñar los trabajos ganadores del Nobel de Medicina, como es costumbre también, suelen ser avances en materia de investigación y biología celular los que se llevan el galardon, por encima de los avances clinicos.

Este 2013 el Instituto Karolinska de Estocolomo ha adjudicado el Nobel en Fisiología o Medicina a 2 norteamericanos y un aleman: James E. Rothman, Randy W. Scheckman y  Thomas C. Südhof, por sus trabajos conjuntos sobre el tráfico vesicular intracelular, que constituye una de las vías más importantes para la producción, liberación y transporte de numerosas sustancias, especialmente los neurotransmisores, sustancias que median la comunicación entre las neuronas.

Para ello, las células que producen sustancias las almacenan en vesículas, que no son mas que pequeñas esferas recubiertas de membrana, cuando se requiere liberar la sustancia al exterior, las vesículas se desplazan hasta la membrana celular y se fusionan, cual gotas de aceite, para que dicha sustancia se libere, este proceso se conoce como exocitosis.

Ejemplo de exocitosis, una vesícula intracelular  vierte su conenido hacia afuera

James Rothman es un investigador norteamericano, quien estudió física en Yale, posteriormente obtuvo el doctorado en bioquímca en Hardvard, e hizo una estancia post-doctoral en el Tecnológico de Massachussets.

En cuanto a Randy Scheckman, también estadounidense, hizo un pregrado en ciencias moleculares en la UCLA, y recibió el doctorado en la Universidad de Satnford. En su carrera destaca haber sido el editor en jefe de la prestigiada revista Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Ambos habían ganado ya el Premio Lasker de investigación biomédica en 2002.

El aleman que completa la terna, Tom Südhoff, estudió Medicina en la Universidad de Aquisgrán, hizo su doctorado en el famoso Instituto Max Plack y eventualmente se mudó a Estados Unidos, donde empezó a trabajar en los principios de la neurotransmisión.

Sus trabajos incluyen las proteinas conocidas como SNARE (Soluble [Neurone Specific Enolase] Attachment REceptor = Receptor soluble fijador de la enolasa neuronal específica). Una enorme familia de proteínas presentes en las membranas celulares, se incluyen unos 60 tipos diferentes de proteinas SNARE.

Originalmente Rothman estuvo trabajando en levaduras cuando descubrió y caracterizó este sistema de proteínas por allá de los 70's, específicamente trabajaba en levaduras con el sistema defectuoso. Descubrió así los primeros 3 de 23 genes hasta ahora conocidos que codifican las SNAREs. Posterirmente Rothman replica este trabajo pero en mamíferos, llevando el proceso más allá.

Südhoff da un tercer paso cuando aplica lo descubierto por ambos en el sistema nervioso, descubriendo también una SNARE conocida como sinaptotagmina, que es sensible al calcio.

Las SNARE funcionan más o menos así: 

En principio las vesículas se desplazan por el citoplasma, hasta colocarse cerca de la membrana celular, ahí, cuando llega un estímulo eléctrico se dispara la cantidad de calcio citoplasmático, la sinaptotagmina responde a este estímulo e induce la siguiente fase:

Otras SNAREs tienen la característica de juntarse de a 3, formando una estructura de cuádruple helice. Las SNAREs involucradas serían la SNAP-25 y la sintaxina-1 que existen en la membrana celular, y la sinaptobrevina (tambien llamada VAMP), que está presente en la membrana de las vesículas intracelulares.

Al juntarse las 4 forman un complejo conocido como trans-SNARE, se entrelazan unas con otras en un mecanismo conocido como la "teoría del zipper", o del cierre.

La teoría del zipper, en las que las SNARE serían como los dientitos de un cierre, para "pegar" la membrana de la vesícula con la membrana de la célula

De este modo, las SNAREs serían las responsables de la fusion de vesículas con membranas, ya que al poseer las mismas cargas tenderían a rechazarse.

Otra forma más sencilla de entender el proceso

Al fusionarse las 2 membranas, se forma el llamado poro de fusión, un agujero por el cual la vesícula vierte su contenido al exterior, ya sea un neurotransmisor, una hormona, o cualquier cosa que a la célula le venga en gana producir.

Numerosas toxinas naturales como la botulina y la toxina del tétanos actúan degradando o bloqueando este grupo de proteínas a nivel neuronal, por lo tanto no hay liberacion de neurotransmisores y el impulso nervioso se corta, el resultado es enfermedades paralizantes como el tétanos.
Además el sistema puede ser blanco de drogas terapéuticas.