НОБЕЛЕВСКАЯ
ПРЕМИЯ
В
ОБЛАСТИ ФИЗИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ — 2000
9 октября 2000 г. Нобелевская ассамблея Каролинска института (Швеция)
объявила о присуждении Нобелевской премии в области физиологии и медицины за
2000 г. троим ученым — Арвиду Карлссону, Полу Грингарду и Эрику Канделу за
открытия, касающиеся преобразования сигналов в нервной системе.
Этим ученым принадлежат крупные открытия, касающиеся одного из типов
преобразования сигналов между нервными клетками (нейронами) — медленной
передачи нервного импульса через синапс. Данные открытия стали решающими для
понимания того, как функционирует головной мозг в норме, а также каким образом
нарушения в преобразовании сигналов могут привести к возникновению
неврологических и психических расстройств. На основании полученных данных были
разработаны новые лекарственные препараты.
АРВИД КАРЛССОН
Арвид Карлссон — 1923 года рождения (Департамент фармакологии, Гетеборгский
университет, Швеция) награжден за открытие того факта, что допамин играет роль нейромедиатора
и необходим для контроля двигательных функций у человека.
В конце 50-х годов А. Карлссон провел серию опытов, в ходе которых была
выявлена важная роль допамина в процессе передачи сигналов в головном мозге.
Ранее считалось, что допамин является предшественником другого нейромедиатора —
норадреналина. Арвид Карлссон, разработав высокочувствительный метод
определения уровня допамина в тканях, обнаружил, что допамин и норадреналин
накапливаются в различных участках мозга. Это позволило ученому сделать вывод о
том, что допамин является самостоятельным нейромедиатором. В высоких
концентрациях допамин содержится в базальных ганглиях головного мозга, являясь
важным регулятором моторной функции.
Ученый обнаружил, что пациенты с болезнью Паркинсона имеют сниженную
концентрацию допамина в базальных ганглиях головного мозга. Арвид Карлссон
выяснил, что лечение леводопой нормализует уровень допамина в головном мозге. Леводопа,
которая в головном мозге превращается в допамин, компенсирует его
недостаточность и нормализует моторную функцию. Лекарственные препараты,
содержащие леводопу, по-прежнему наиболее часто используют для лечения
пациентов с болезнью Паркинсона.
Кроме эффективного лечения паркинсонизма, исследования Арвида Карлссона
позволили глубже понять механизм действия ряда других препаратов. Ученый
продемонстрировал, что антипсихотические лекарственные препараты, блокируя допаминовые
рецепторы, влияют на передачу нервного импульса в синапсах. Исследования Арвида
Карлссона сыграли важную роль в лечении депрессии, которая является одним из
наиболее широко распространенных заболеваний. Ученый внес значительный вклад в
разработку лекарственных препаратов группы селективных ингибиторов обратного нейронального
захвата серотонина, являющихся новым поколением антидепрессивных средств.
ПОЛ ГРИНГАРД
Пол Грингард — 1925 года рождения (Лаборатория молекулярных и клеточных
наук, Рокфеллеровский университет, Нью-Йорк, США) награжден Нобелевской премией
за открытие механизма действия допамина и других нейромедиаторов.
В конце 60-х годов уже было известно, что допамин, норадреналин и серотонин
являются нейромедиаторами, однако механизм их действия оставался неясным.
Ученый установил, что процесс медленной синаптической передачи связан с
химической реакцией фосфорилирования белка.
Сначала нейромедиатор воздействует на рецептор, расположенный на поверхности
клетки, что является пусковым механизмом каскада реакций, в результате которых
«ключевые белки» регулируют различные функции нейрона. За счет присоединения
фосфатной группы (фосфорилирование) или удаления ее (дефосфорилирование)
изменяются форма и функции белка. Благодаря этим механизмам действия нейромедиаторы
могут передавать сигнал от одного нейрона к другому.
Пол Грингард установил, что стимуляция допамином рецепторов клеточной
мембраны является причиной поступления второго медиатора — цАМФ — в клетку. Она
активирует протеинкиназу А, которая способна присоединять фосфатные молекулы к
другим белкам в нейроне.
Открытие Пола Грингарда помогло глубже понять механизм действия многих
лекарственных препаратов, влияющих на фосфорилирование белков в нейронах.
ЭРИК КАНДЕЛ
Эрик Кандел — 1929 года рождения (Центр нейробиологии и поведения,
Колумбийский университет, Нью-Йорк, США) награжден за открытие молекулярных
механизмов работы синапсов. Используя в качестве модели нервную систему
морского слизняка, он выявил, что изменения в деятельности синапса являются
основными в механизме памяти. Фосфорилирование белка в синапсе играет важную
роль в формировании краткосрочной памяти. Для формирования долгосрочной памяти
также необходимы преобразования в синтезе белка, которые приводят к изменениям
формы и функции синапса. При возбуждении обоих
нейронов данного синапса начинают происходить изменения в его синаптической
щели, которые сами по себе не доказывают, что они имеют отношение к
кратковременной памяти, хотя и влияют на прохождение сигнала через синапс. Если
образ в памяти поддерживается с помощью положительных обратных связей-
самовозбуждения, то изменения в самом синапсе могут, конечно разорвать связь и
погасить этот образ, но не наоборот.
Сначала Эрик Кандел начал изучать механизмы формирования памяти у
млекопитающих, однако для понимания основных процессов памяти их нервная
система оказалась очень сложной. Ученый принял решение использовать более
простую экспериментальную модель — нервную систему морского слизняка — Aplysia,
состоящую из незначительного числа нейронов (около 20 тыс.), многие из которых
большого размера.
Эрик Кандел доказал, что у морского слизняка как краткосрочная, так и
долгосрочная память «локализуется» в синапсе, в 90-е годы он провел
подобные исследования на мышах. Ученому удалось доказать, что такой же тип
формирования памяти, который был обнаружен во время изучения морского слизняка,
существует и у млекопитающих.
Аналогичные механизмы памяти Эрик Кандел выявил и у человека. Можно
сказать, что память человека «локализуется в синапсах» и изменения функции
синапса являются основными в процессе формирования различных типов памяти. Лучше сказать, что памятьне локализуется в самом синапсе, а определяется
проводимостью этого синапса. Хотя путь к пониманию всего сложного
комплекса процесса памяти еще долгий, результаты исследований Эрика Кандела
стали основой для дальнейшего научного поиска. В настоящее время изучается
механизм сохранения изображения в нервной системе, а также вопрос о том, как
можно восстановить память о событиях, которые произошли раньше.
С тех пор, как стали понятными основные аспекты функционирования клеточных и
молекулярных механизмов памяти, появилась возможность разработки новых типов
лекарственных препаратов, предназначенных для улучшения функции памяти у
пациентов с различными типами деменции.
По материалам
пресс-релиза «Фонда Нобеля»