Nobelpriser og undervisningen ved Náttúruvísindadeildin

For mange forskningsinteresserte er andre uke av oktober en spennende tid: Hvem blir tildelt Nobelprisene i år? Og har Nobelprisene noen betydning for undervisningen ved Náttúruvísindadeildin (NVD)? Cellebiologi er sannsynligvis det enkeltkurset på NVD som inkluderer undervisning på områder tildelt flest Nobelpriser.

Nobelpriser og kurser ved NVD

Biologiutdannelsen ved NVD omfatter mange kurser innen områder som strekker seg fra det store (økologi og næringskjeder) ned til det meget lille (celler og molekyler). For enkelte av kursene i biologi - spesielt kursene i biokjemi, cellebiologi og genetikk - er Nobelprisene i kjemi og fysiologi eller medisin ofte svært relevante. Cellebiologi er sannsynligvis det enkeltkurset på NVD hvor arbeidet til flest Nobelprisvinnere er inkludert i pensum.

Årets Nobelpris i fysiologi og medisin

Tildelingen av årets Nobelpris i fysiologi eller medisin var ekstra relevant for kurset i cellebiologi.
Prisen ble tildelt James E. Rothman, Randy W. Schekman og Thomas C. Südfhof for (sitat) "their discoveries of machinery that regulates vesicular traffic, a major transport system in our cells".  Cellene har flere typer transportsystemer, og Nobelprisvinnerne har studert systemer hvor molekyler blir samlet og sendes i små pakker eller blærer (kalt vesikler). De har svart på spørsmålet om hvordan disse pakkene kommer fram til rett plass og, hvor nødvendig, i rett tid.   

Hvorfor trenger vi en slik spesifisitet for transportsystemene i celler? Det er flere grunner til dette.

• Cellene våre er delt inn i mange rom ("organeller"), hvor hvert rom har sine spesifikke funksjoner. Transportsystemene må derfor sørge for at hvert rom får sine spesifikke molekyler, ellers kan ikke funksjonen i rommene opprettholdes.
• Cellene produserer også molekyler som har sine funksjoner utenfor av cellen, og derfor må eksporteres fra cellen. Eksempler på slike molekyler kan være blodproteiner, hormoner og mange andre molekyler.
• Mange celler i kroppen danner overflater (epitel) som dekker vev og organer. Slike celler har forskjellige oppgaver som skal gjøres på den siden som vender utover, og på den siden som vender innover mot de underliggende celler. Transportsystemene i cellene må derfor sørge for at forskjellige molekyler kommer til "utoversiden" og til "innoversiden". OCTN2/SLC22A5 (proteinet som er skadet ["mutert"] hos personer som har CTD) skal fange opp carnitin fra urinfiltratet i nyrene, slik at vi ikke mister carnitin gjennom urinen. For å ha en slik funksjon, må OCTN2 befinne seg på den delen av overflaten at cellene som vender ut mot urinfiltratet.

Randy Schekman og James Rothman viste at spesifisiteten i transportsystemene ble bestemt av spesifikke proteiner som finnes utenpå pakkene som sendes rundt i cellene. Andre spesifikke proteiner finnes på veggen til rommet som skal motta pakkene. Schekman og Rothman identifiserte mange av disse proteinene og de tilhørende gener. Thomas Südfhof har undersøkt nerveendene, og identifiserte de molekylære systemene som regulerer frigjøring av signalstoffer fra disse. Dette er helt fundamentale prosesser i hvordan hjernen og nervesystemet kontrollerer kroppen, og hvordan sanseinntrykk blir sendt fra kroppen og inn til hjernen.   

I tillegg til et teoretisk pensum, inngår også laboratorieøvelser i cellebiologikurset. Disse øvelsene fokuserer mye på visualisering av bevegelse og transport i cellene. Bildene viser noen av resultatene fra studentøvelsene. Cellene til disse øvelsene har NVD fått fra Heilsufrøðiliga Starvsstovan.

Forklaringer til figurene

Figur 2. Skjematisk tegning av en celle. Kroppen er bygd opp av celler. Hver celle består av mange rom (organeller), og noen av organellene er vist på tegningen: 1 Cellemembran. 2 Endosom eller lysosom. 3 Kjerne. 4. Endoplasmatisk retikulum. 5. Golgi-apparatet. Molekyler blir ofte samlet sammen i små pakker (vesikler), som sendes fra et rom til et annet rom, slik det er indikert på tegningen. Tatt fra Nobelkomitéens pressemelding.

Figur 3. Mikrotubuli i en fiskecelle. Mikrotubuli er en del av celleskjelettet, som spenner ut cellene og gir dem struktur og form. Samtidig er mikrotubuli den viktigste motorveien i cellene, og det meste av "pakketransporten" i cellene går langs mikrotubuli. Mikrotubuli starter i centrosomet, det lille området som er skarpt grønt.

Figur 4. Det skarpt røde viser beliggenheten av Golgi-apparatet i samme celle som over. Golgi-apparatet er en viktig del av transport- og sorteringssystemene i cellen.

Figur 5. Bildene av mikrotubuli og Golgi-apparatet er lagt over hverandre. Vi ser at mikrotubuli stråler ut fra samme område hvor Golgi ligger. Derfor kan pakker laget og sortert i Golgi-apparatet bli transportert langs mikrotubuli til sine endestasjoner.

Liste over Nobelpriser i de siste 20 år (1993-2013), hvis områder blir omtalt i pensum i cellebiologi og biokjemi

Fysiologi eller medisin 2013 - J.E. Rothman, R.W. Schekman og T.C. Südhof "for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells".

Fysiologi eller medisin 2012 - J.B. Gurdon og S. Yamanaka "for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent".

Kjemi 2012 - R.J. Lefkowitz og B.K. Kobilka "for studies of G-protein coupled receptors".

Fysiologi eller medisin 2009 - E.H. Blackburn, C.W. Greider og J.W. Szostak "for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase".

Kjemi 2009 - V. Ramakrishnan, T.A. Steitz og A.E. Yonath "for studies of the structure and function of the ribosome".

Kjemi 2008 - O. Shimomura, M. Chalfie og R.Y. Tsien "for discovery and development of the green fluorescent protein, GFP".

Fysiologi eller medisin 2006 - A.Z. Fire og C.C. Mello "for their discovery of RNA interference - gene silencing by double -stranded RNA".

Kjemi 2004 - A. Ciechanover, A. Hershko og I. Rose "for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation".

Kjemi 2003 - P. Agre og R. Mackinnon "for the discovery of water channels" og "for structural and mechanistic studies of ion channels".

Fysiologi eller medisin 2002 - S. Brenner, H.R. Horwitz og J.E. Sulston "for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death".

Kjemi 2002 - J.B. Fenn og K. Tanaka "for their development of soft ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"

Fysiologi eller medisin 2001 - L.H. Hartwell, T. Hunt og P. Nurse "for their discoveries of key regulators of the cell cycle".

Fysiologi eller medisin 2000 - A. Carlsson, P. Greengard og E.C. Kandel "for their discoveries concerning signal transduction in the nervous system".

Fysiologi eller medisin 1999 - G. Blobel "for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localisation in the cell".

Fysiologi eller medisin 1998 - R.F. Furchgott, L.J. Ignarro og F. Murad "for their discoveries concerning nitric oxide as a signalling molecules in the cardiovascular system".

Fysiologi eller medisin 1997 - S.B. Prusiner "for his discovery of Prions - a new biological principle of infections".

Kjemi 1997 - P.D. Boyer, J.E. Walker og J.C. Skou "for their elucidation of the enzymatic mechanism underlying synthesis of adenosine triphosphate (ATP)" og "for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na⁺,K⁺-ATPase).

Fysiologi eller medisin 1995 - E.B. Lewis, C. Nüsslein-Volhard og E.F. Wieschaus "for their discoveries concerning the genetic control of early embryonic development".

Fysiologi eller medisin 1994 - A.G. Gilman og M. Rodbell "for their discovery of G-proteins and their role in signal transduction in the cell".

Fysiologi eller medisin 1993 - R.J. Roberts og P.A. Sharp "for their discoveries of split genes".

Kjemi 1993 - K.B. Mullis og M.B. Smith "for invention of the polymerase chain reaction (PCR) method" og "for fundamental contributions to the establishment of oligonucleotide-based, site-directed mutagenesis and its development for protein studies".

Kilder
www.nobelprize.org
B.Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter. Essential Cell Biology 3 ed. Garland Science.
C.W. Pratt, K. Cornely. Essential Biochemistry 2ed. Wiley.