Muistokirjoitus: Günter Blobel (1936-2018) | Jidian Stone

kun Günter Blobel kuoli 18.helmikuuta, maailma menetti innovatiivisen ajattelijan ja loistavan kokeilijan, joka johdatti solubiologian molekyyliaikaan. Hän jätti uusia paradigmoja, jotka edelleen informoivat ymmärrystämme siitä, miten solut toimivat, legioona harjoittelijoita, jotka jatkavat tieteen muuttamista, ja perintö saavutuksia globaalina kansalaisena. Debonair ja jovial, hän oli hurja intohimo tieteen sekä ooppera ja arkkitehtuuri.

Blobel sai Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon vuonna 1999 ” löydöksestä, että proteiineilla on sisäisiä signaaleja, jotka ohjaavat niiden kuljetusta ja lokalisointia solussa.”1900-luvun puolivälissä solubiologia koki vallankumouksen. Elegantit morfologiset ja biokemialliset määritykset luonnehtivat soluarkkitehtuuria, ja luettelointi ”what was where” oli tunnistanut solukohdat, niiden sisällön ja niiden toiminnot. Blobelin osoittama diskreetti ”topogeeninen sekvenssi” proteiineissa, jotka säätelivät missä ne olivat solussa, miten ne joutuivat sinne ja miten ne taitettiin, tarjosi ensimmäisen mekanistisen käsityksen siitä, miten tämä arkkitehtuuri rakennettiin. Blobelin proteiinitopogeneesin mallit tarjosivat kriittisiä näkemyksiä normaalista fysiologiasta ja lukuisista sairauksista ja auttoivat käynnistämään bioteknologian uusia aloja, kuten ihmisen proteiinien tuottamista muissa eliöissä.

Nobel-komitea siteerasi blobelin” elegantteja biokemiallisia kokeita”, jotka hän sai aikaan kylmähuoneessa viettämiensä vuosien aikana. Niille, jotka työskentelivät Blobelin laboratoriossa, oli selvää, vaikka hän ei enää työskennellyt penkki, että hänen intohimonsa oli harjoittamisesta kokeellinen testi. Blobel piti rutiininomaisesti hovia toimistossaan-klementiinipakkauksen aina vierellään, hän analysoi tietoja, keskusteli kokeilujen sudenkuopista ja lupauksista, mieluummin iloisena loihtia kuvia elehtimällä kuin kirjoittamalla tauluille. Hänen kokeellisen kyvykkyytensä hyvin perusteltu huomio ei jättänyt varjoonsa hänen biologista intuitiotaan. Blobel oli tunnettu hypoteesien paljastamisesta, jos niistä piti, tai holtittomista spekulaatioista, jos ei pitänyt. Hänen innoittajanaan oli usein kysyä: ”miten rakentaisin sellaisen?”Mutta hän arvioi minkä tahansa hypoteesin kauneuden sen perusteella, että se on altis kokeelliselle validoinnille. Nämä hypoteesit, jotka vaikuttivat moniin biologian osa-alueisiin, näyttivät syntyvän Blobelista täysin muotoiltuna. Osa syntyi vasta, kun hän palasi oopperamatkalta ja ehdotti mahdollista inspiraation lähdettä.

Blobelin lähestymistapa on saattanut juontaa juurensa hänen lapsuuteensa Sleesian pikkukaupungissa itäisessä Saksassa. Helmikuussa 1945, lähellä toisen maailmansodan loppua, kun hänen perheensä oli perääntymässä eteneviltä Venäjän armeijoilta, he saapuivat Dresdenin kaupunkiin. 8-vuotias Blobel ei ollut koskaan nähnyt kaupunkia. Hän oli lumoutunut monista torneista, erityisesti Frauenkirchen grand cupolasta, joka kohosi kaupungin yläpuolelle. Hän muisteli, että ne ”olivat suurenmoinen näky jopa lapsen harjaantumattomalle silmälle”, eikä hän miettinyt viimeistä kertaa: ”Miten minä sellaisen rakentaisin?””Olin aivan lumoutunut ja pysyin aina kiinni kaupungissa, koska näin sen täysin ehjällä tavalla.”Lähdettyään Dresdenistä perhe pysähtyi muutamaksi päiväksi sukulaisen maatilalle kaupungin länsipuolelle. Yöllä he kuulivat lentokonelaivueiden lähtevän kohti Dresdeniä, kun yötaivas muuttui tulesta punaiseksi. Maagisen kaupungin menetys suututti nuoren Blobelin. ”Kauniita asioita ei vain tuhota. Amsterdamia ja Venetsiaa ei tuhota. Nämä ovat pyhiä paikkoja,eivät kirkon pyhiä, vaan inhimillisen luovuuden kannalta. Ne ovat niin täydellisiä kokonaisuuksia,ettei niihin kosketa.”Kaksi kuukautta palopommituksen jälkeen Blobel joutui sodan inhimillisten kulujen uhriksi: hänen 19-vuotias sisarensa Ruth sai surmansa ajaessaan junassa, johon osui ilmapommituksessa.

sodan jälkeen Blobelin perhe asettui Saksan Freibergiin, jossa hän kehitti suuren rakkauden teatteria ja musiikkia kohtaan. Joka viikko hän kuunteli paikallisessa kirkossa esitettyjä Bachin kantaatteja yhden Bachin ystävän, Gottfried Silbermannin rakentamilla uruilla. Blobel innostui suurista kuoroteoksista ja kaipasi kunnianosoitusta hienolle musiikille, esiintyen jopa Bachin Matthäus-passiossa.

myöhemmin Blobel opiskeli lääketiedettä, mikä sekä kiehtoi että turhautti häntä. Hän rakasti biologian opiskelua, mutta häntä ärsytti lääketieteen kuvaileva, korreloiva luonne—kyvyttömyys osoittaa syy ja seuraus. Hänen vanhin veljensä Hans oli seurannut heidän isänsä jalanjälkiä ja ryhtynyt eläinlääkäriksi. Hänkin turhautui tiedon rajallisuuteen ja vaihtoi tutkimukseen. Hän oli muuttanut Yhdysvaltoihin ja tullut mikrobiologian professoriksi Wisconsinin yliopistoon Madisoniin. Kahden vuoden lääkäriharjoittelun jälkeen Blobel seurasi veljeään Madisoniin tekemään lopputyötään Van R. Potterin kanssa. Siellä Blobel vakiinnutti nopeasti seuraavat 55 vuotta työnsä pääkohteeksi valkuaisaineiden kohdentamisen solukalvoihin ja ydinkuljetuksen.

Potterin laboratoriossa Blobelilla oli kaksi projektia. Ensimmäisen tavoitteena oli saavuttaa korkean tuotoksen puhdistus ydin. Toisessa hankkeessa tutkittiin proteiinin translaation ajoitusta ja mRNA: n ja proteiinien kohdentamista kalvoihin. Tuolloin keskeisiä proteiinikokeiluja tehtiin Rockefeller-yliopiston George Paladen laboratoriossa. Palade käsitteli yhdessä Carl Redmanin, Phil Siekevitzin ja David Sabatinin kanssa avainkysymystä: kohdistuvatko proteiinit solukalvon poikki ja translokoituvat sitä mukaa kuin ne syntetisoidaan vai vasta sen jälkeen? He vapauttivat puromysiinin avulla orastavia proteiineja biosynteettisistä ribosomeistaan. Tämä osoitti, että vapautuneet peptidit, olivatpa ne kuinka lyhyitä tahansa, löytyivät kalvoon sitoutuneiden organellien sisältä. He päättelivät oikeutetusti, että proteiinit translokoituvat sitä mukaa kuin ne syntetisoitiin. Blobel siirtyi postdoc-tutkijana Paladen laboratorioon, jossa hän innostui liittymään kollegoidensa kanssa syvälle mekanistisiin keskusteluihin: oliko kohdetieto RNA: ssa vai proteiinissa? Kohdistuiko RNA solukalvon ribosomeihin, jotka eroavat liukoisista proteiineista? Blobel liittoutui Sabatinin kanssa osoittaakseen, että liukoiset ja kalvoon sidotut ribosomit olivat keskenään vaihdettavissa. Ennen tämän tuloksen julkaisemista he ehdottivat” Signaalihypoteesia ” lyhyessä kolmesivuisessa kirjan luvussa. Signaalihypoteesi perustui kolmeen oletukseen: ensinnäkin, että proteiinisynteesi alkoi vapaista ribosomeista; toiseksi, että proteiinilla on aminohapporakenteessaan signaali, ”signaalijakso”, joka vastaa kohdistamisesta kalvoihin; ja kolmanneksi, että kohdekalvoissa on proteiineja.

kun hypoteesi oli vielä spekulatiivinen, se esitti hyvin spesifisiä kokeellisesti testattavia ennusteita. Pian muut labrat julkaisivat hypoteesin mukaisia tuloksia. Erityisesti soluttomassa järjestelmässä muuntuneiden immunoglobuliinien kevyet ketjut siirtyivät geelissä hitaammin kuin solusta erittyneet. Tämä viittasi siihen, että erittyvä immunoglobiini saattaa olla pienempi, mikä mahdollisesti johtuu spekuloidun signaalijakson pilkkoutumisesta. Valitettavasti geelin liikkuvuuden muutos ei ollut ratkaiseva. Soluttomassa järjestelmässä hitaampi liikkuvuus voi johtua translaation virheellisestä alkamisesta tai erittyvän proteiinin nopeampi liikkuvuus voi olla epäspesifisen proteaasin vaikutusta.

syy-seuraussuhteen osoittamiseksi Blobel lainasi biokemistien pelikirjasta: hän fraktioisi jokaisen komponentin ja kysyisi, mitä täytyy valmistaa uudelleen, jotta kalvoihin voidaan kohdistaa ja kuljettaa. Tämä oli paljon helpommin sanottu kuin tehty, koska kalvokuljetusprosessin uudelleen valmistamista ei ollut saavutettu. Mistä voisi tietää, onko proteiini todella mennyt ristiin, ja mistä voisi päätellä, mikä oli signaali? Blobel alkoi ilmeisistä komponenteista: ribosomeista; sytosolisesta translaatioseoksesta; mRNA: sta erittyvälle proteiinille; solukalvot endoplasmaisesta retikulumista, eritysreitin sisääntulokohdasta. Tulokset olivat johdonmukaisia ja epäonnistuneita. Blobel kokeili rotan maksan ja sitten kyyhkyn haiman murtamista, jotka olivat laboratoriossa vakiokäytössä. Kun ne epäonnistuivat, hän kokeili yksi kerrallaan eri elimiä ja jokaista eri organismia, joka oli käytössä tai saatavilla Rockefellerin yliopistossa. Mikään ei toiminut. Oli epäselvää, oliko kokeellisessa asetelmassa, hänen tekniikassaan vai hypoteesissa vikaa.

lopulta ensimmäinen positiivinen signaali tuli kylmiössä vietettyjen vuosien jälkeen. Silloinkaan ei kuitenkaan ollut ”Heureka-hetkeä.”Blobel tiesi, että signaali voi olla seurausta monista odottamattomista ongelmista. Kriittistä oli kontrolleihin käytetty vaiva:keräsikö orastava valkuaisaine kalvoja? Kulkeutuiko se kalvojen läpi? Suojattiinko proteiinia eksogeenisesti lisätyltä proteaasilta, ja oliko tuo suoja todella seurausta siitä, että se oli suojassa endoplasmaisen retikulumin kalvon sisällä? Työ oli kalvokuljetusprosessin kriittistä uudistamista. Se vauhditti sekä monien muiden ryhmien rinnakkaistyötä proteiinien kohdentamisessa kalvoihin että stimuloi uusia suuntia, kuten Jim Rothmanin maamerkin vesikulaarikuljetuksen uudelleenrakentamista. Blobelille se oli vain avaussalvo työhuoneessaan. Näissä papereissa hän spekuloi edelleen signaalijakson, sytosolisten tekijöiden ja proteiinia johtavan kanavan roolia, jonka hän asetti kulkureitiksi solukalvon yli.

seuraavat vuodet olivat vilskettä. Blobelin laboratorio osoitti, että jos yksi mutatoi oletetun signaalijakson, proteiinit eivät enää kohdistu. Jos joku siirsi signaalin sytosoliproteiiniin, se kohdistui. ”Blobeliitit”, kuten laboratorion jäsenet itseään nimittivät, toistivat fraktioinnin ja rekonstruoinnin lähestymistavan. Sytosolin fraktiointi johti sen sytosolitekijän tunnistamiseen, joka ohjasi orastavan proteiinin sopivaan kalvoon: signaalintunnistushiukkaseen (SRP). Kalvon fraktiointi johti SRP-reseptorin tunnistamiseen. Heidän työnsä vakiinnutti signaalin sekvenssin yleisenä mekanismina proteiinin kohdistamiseksi mitokondrioon, kloroplastiin, peroksisomeihin ja jopa bakteerien plasmakalvoon.

Blobel esitti, että tähtäyksen signaalijakso oli vain erityinen esimerkki proteiinin topogeneesin yleisemmistä signaaleista. Hänen laboratorionsa osoitti, että signaalisekvenssejä, yhdessä SRP: n kanssa, tarvitaan transmembraanisegmenttien kohdentamiseen ja suuntaamiseen polytooppisissa proteiineissa, kuten asetykoliinireseptorissa ja opsiinissa. He laajensivat työtään tutkiakseen tällaisten sekvenssien roolia proteiinien kuljetuksessa solupinnalta toiselle, esimerkiksi immunoglobuliinien transsellulaarisessa kuljetuksessa. He käyttivät biofysikaalisia tekniikoita osoittaakseen blobelin oletetun proteiinia johtavan kanavan olemassaolon ja selvittivät sen vuorovaikutusta sekä ribosomin että signaalijakson kanssa. Lisäksi fraktiointi johti proteiinin translokaatiokoneiston käyttöönvalmistamiseen.

Van Potterin laboratoriossa Blobel oli aloittanut kaksi projektia. Toinen johti kaunis paperi julkaistiin Science, puhdistus tuman solun. Blobelin laboratorio jatkoi ytimen etsimistä, mikä johti ydinhuokoskompleksin (NPC) ja sen komponenttien sekä ydinlaminan puhdistamiseen. Blobeliitit jatkoivat fraktiointia ja rekonstruointia, tässä tapauksessa pyrkiessään ydinkuljetuksiin. Tämä johti sytosolisten tekijöiden tunnistamiseen, joita he kutsuivat karyoferiineiksi, kreikan sanasta” kuljettaa ” ydinkuljetuksia varten. Nämä toimivat SRP: tä vastaavalla tavalla, tunnustaen topologiset signaalit ydinaseiden lokalisointiin tai ydinaineiden vientiin. Kuljetukseen käytettävän kemiallisen potentiaaligradientin määritys on RanGTP:RanGDP ydinkuoren yli.

Blobel omaksui aina ne tekniikat, joita biologisen kysymyksen tavoittelu vaati: biokemian, genetiikan, elektrofysiologian. NPC-työnsä viimeisessä vaiheessa hän siirtyi rakennebiologiaan. Blobeliitit poimivat yksitellen NPC: n proteiinit ja kiteyttivät ne. Blobel havaitsi ydinhuokosessa kaksi eri konformaatiota renkaan keskeisistä proteiineista ja esitti, että nämä proteiinit kokivat konformaatiomuutoksen, joka muistuttaa Mädchenfängeriä, joka tunnetaan myös sormiloukkuna. Karyoferiinien sitoutuminen näihin proteiineihin kiinnittyneisiin filamentteihin laukaisi valtavan konformaatiomuutoksen, joka saisi aikaan kääntyvän kanavan kapenemisen ja laajenemisen.

Blobelilla oli mahdollisuus maksaa yksi velka inspiraatiostaan, kun hän nimesi ehdotuksen” Sormusjaksoksi ” kunnianosoituksena suosikkioopperoilleen. Blobel ehtikin myöhempinä vuosinaan maksaa monia velkojaan takaisin. Kun hän voitti Nobelin palkinnon, hän lahjoitti voittonsa sisarensa Ruthin muistoksi ensimmäiselle inspiraatiolleen ”miten rakentaisin sen”, Frauenkirchen uudelleenrakentamiselle (joka tuhoutui Dresdenin palopommituksessa) ja vanhan juutalaisen synagogan korvaamisen rakentamiselle (jonka natsit tuhosivat Krystallnachtilla).

vaikka tiedeyhteisö on menettänyt Günter Blobelin, siihen vaikuttavat hänen panoksensa vielä pitkään. Hänen työnsä fraktioinnin ja rekonstruoinnin parissa toi solubiologian molekyylikaudelle. Hänen kurinalaisuutta hänen kokeellinen harjoittamisesta perustettu määritykset, jotka ovat edelleen malli vuosikymmeniä myöhemmin. Blobel rakasti spekulaatioitaan, mutta muistutti aina harjoittelijoitaan Aldous Huxleyn sanonnasta, jonka mukaan ”kauniit ideat kuolevat rumista tosiasioista.”Täytyy olla valmis luopumaan malleistaan, Blobel sanoi. Hänet muistetaan usein ideoistaan, Signaalihypoteesista, proteiinin topogeneesistä, geenien gatingista, proteiinia johtavasta kanavasta, Rengassyklistä. Nobel-komitea oli oikeassa, kun se kunnioitti häntä hänen ” eleganteista biokemiallisista kokeistaan.”Suosionosoitusten pitäisi kuitenkin mennä myös hänen spekulaatioihinsa selittämään solujen toimintaa, joka on antanut motivaation puolen vuosisadan mittaisille solubiologian kokeille.