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

toen Günter Blobel op 18 februari overleed, verloor de wereld een innovatief denker en uitmuntend experimentalist die celbiologie het moleculaire tijdperk in leidde. Hij liet nieuwe paradigma ‘ s achter die ons inzicht blijven geven in hoe cellen werken, een legioen van stagiairs die de wetenschap blijven transformeren, en een erfenis van prestaties als wereldburger. Hij had een hartstochtelijke passie voor wetenschap, opera en architectuur.Blobel kreeg in 1999 de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde voor de ontdekking dat eiwitten intrinsieke signalen hebben die hun transport en lokalisatie in de cel bepalen.”In het midden van de 20e eeuw onderging de celbiologie een revolutie. De elegante morfologische en biochemische analyses kenmerkten cellulaire architectuur, en een catalogisering van “wat was waar” de subcellular compartimenten, hun inhoud, en hun functies had geà dentificeerd. Blobel ’s demonstratie van discrete” topogene sequenties ” in eiwitten die bepaalden waar ze waren in de cel, hoe ze daar kwamen en hoe ze werden gevouwen, gaf het eerste mechanistische inzicht in hoe deze architectuur werd gebouwd. Blobel ‘ S modellen van proteïnetopogenese leverden kritische inzichten op in de normale fysiologie en talrijke ziekten en hielpen bij het lanceren van opkomende gebieden van biotechnologie, zoals de productie van menselijke eiwitten in andere organismen.Het Nobelcomité citeerde Blobel ‘ s “elegant biochemical experiments” die hij gedurende jaren in de koelcel had doorgebracht. Voor degenen die in Blobel ‘ s lab werkten, was het duidelijk, zelfs nadat hij niet meer op de bank werkte, dat zijn passie het nastreven van de experimentele test was. Blobel hield routinematig hof in zijn kantoor–met een pak clementines altijd aan zijn zijde, analyseerde hij data, besprak de valkuilen en beloften van experimenten, waarbij hij liever Vrolijk beelden oproept door middel van gebaren dan op BORDEN te schrijven. De terechte aandacht voor zijn experimentele bekwaamheid overschaduwde zijn biologische intuïtie niet. Blobel stond bekend om het blootleggen van hypothesen, als men ze leuk vond, of roekeloze speculaties, als men dat niet deed. Zijn inspiratie was vaak om te vragen: “Hoe zou ik zoiets bouwen?”Maar hij beoordeelde de schoonheid van elke hypothese door de ontvankelijkheid voor experimentele validatie. Deze hypothesen, die veel aspecten van de biologie beà nvloedden, leken voort te komen uit Blobel volledig geformuleerd. Sommige kwamen pas naar voren nadat hij terugkeerde van een reis naar de opera, wat een potentiële bron voor de inspiratie suggereert.Blobel ‘ s aanpak kan zijn oorsprong hebben gevonden in zijn jeugd in een kleine stad in Silezië in het oosten van Duitsland. In februari 1945, tegen het einde van de Tweede Wereldoorlog toen zijn familie zich terugtrok uit de oprukkende Russische legers, trokken ze de stad Dresden binnen. Blobel, die 8 jaar oud was, had nog nooit een stad gezien. Hij werd betoverd door de vele torens, vooral de grote koepel van de Frauenkirche die boven de stad uitsteeg. Ze ” waren een prachtig gezicht, zelfs voor het ongetrainde oog van een kind,” herinnert hij zich, en niet voor de laatste keer, vroeg hij zich af: “hoe zou ik zoiets bouwen?””Ik was absoluut betoverd en bleef altijd gehecht aan de stad omdat ik zag het in een volledig intacte manier.”Na het verlaten van Dresden stopte de familie een paar dagen op de boerderij van een familielid ten westen van de stad. ‘S nachts hoorden ze de vloten van vliegtuigen richting Dresden toen de nachtelijke hemel rood werd van vuur. De jonge Blobel was boos door het verlies van de magische stad. “Je vernietigt alleen geen mooie dingen. Je vernietigt Amsterdam niet, je vernietigt Venetië nooit. Dit zijn heilige plaatsen, niet heilig door de kerk, maar in termen van menselijke creativiteit. Het zijn ensembles die zo perfect zijn dat je ze niet aanraakt.”Twee maanden na de brandbom, Blobel werd getroffen door de menselijke kosten van de oorlog: zijn 19-jarige zus Ruth werd gedood tijdens het rijden van een trein die werd geraakt in een luchtbombardement.Na de oorlog vestigde Blobel ‘ s familie zich in Freiberg, Duitsland, waar hij een grote liefde voor theater en muziek ontwikkelde. Elke week luisterde hij naar de cantates van Bach die in de plaatselijke kerk werden uitgevoerd op een orgel van een vriend van Bach, Gottfried Silbermann. Blobel was ingenomen met de grote koorwerken en verlangde naar eerbetoon aan geweldige muziek, zelfs in Bachs Matthäus Passion.Later studeerde Blobel geneeskunde, wat hem zowel fascineerde als frustreerde. Hij hield van het leren over biologie, maar was geïrriteerd door de beschrijvende, correlatieve aard van de geneeskunde-het onvermogen om oorzaak en gevolg aan te tonen. Zijn oudste broer, Hans, was in de voetsporen van hun vader getreden en dierenarts geworden. Ook hij was gefrustreerd door de beperkingen van kennis en schakelde over op onderzoek. Hij verhuisde naar de Verenigde Staten en werd hoogleraar microbiologie aan de Universiteit van Wisconsin in Madison. Na twee jaar medische stage volgde Blobel zijn broer naar Madison om zijn afstudeerwerk te doen bij Van R. Potter. Daar stelde Blobel snel vast wat de belangrijkste kernpunten van zijn werk voor de komende 55 jaar zouden zijn: eiwit gericht op cellulaire membranen en nucleair transport.In Potter ‘ s lab had Blobel twee projecten. De eerste gericht op het bereiken van een hoge opbrengst zuivering van de kern. Het tweede project onderzocht de timing van eiwitvertaling en het richten van mRNA en eiwitten op membranen. Op dat moment werden belangrijke eiwit-doel experimenten gedaan in het lab van George Palade aan de Rockefeller universiteit. Palade, samen met Carl Redman, Phil Siekevitz en David Sabatini, richtte zich op een belangrijke vraag: richten eiwitten zich op en transloceren ze over het membraan als ze worden gesynthetiseerd of pas daarna? Ze gebruikten puromycine om opkomende eiwitten uit hun biosynthetische ribosomen vrij te geven. Dit toonde aan dat de vrijgegeven peptides, geen kwestie hoe kort, binnen van de membraan-gebonden organellen werden gevonden. Zij concludeerden terecht dat de proteã NEN transloceerden zoals zij werden samengesteld. Blobel verhuisde naar Palade ’s lab als postdoc waar hij enthousiast was om collega’ s diep in mechanistische discussies te vergezellen: was de targeting informatie in het RNA of het eiwit? Was RNA gericht op ribosomen op het membraan die van die onderscheiden zijn die oplosbare proteã nen maken? Blobel werkte samen met Sabatini om aan te tonen dat oplosbare en membraangebonden ribosomen uitwisselbaar waren. Voordat ze dit resultaat publiceerden, stelden ze “The Signal Hypothesis” voor in een kort drie pagina ‘ s tellend boekhoofdstuk. De Signaalhypothese berustte op drie veronderstellingen: ten eerste, dat de eiwitsynthese op vrije ribosomen begon; ten tweede, dat de proteã Ne een signaal in zijn aminozuurstructuur heeft, een “signaalvolgorde” die van het richten op membranen verantwoordelijk is; en ten derde, dat er proteã nen in de doelmembranen zijn.

hoewel de hypothese nog speculatief was, werden zeer specifieke experimenteel testbare voorspellingen gedaan. Al snel publiceerden andere labs resultaten in overeenstemming met de hypothese. Specifiek, migreerden de lichte kettingen van immunoglobulins die in een cel-vrij systeem werden vertaald langzamer op een gel dan die van de cel worden afgescheiden. Dit stelde voor dat de afgescheiden immunoglobine kleiner zou kunnen zijn, misschien het resultaat van splitsing van de gespeculeerde signaalsequentie. Helaas, de verandering in mobiliteit op een gel was niet overtuigend. In het cel-vrije systeem, zou de langzamere mobiliteit het resultaat van een mis-begin van Vertaling kunnen zijn, of de snellere mobiliteit van de afgescheiden proteã ne zou de actie van een niet-specifiek protease kunnen zijn.

om een causaal verband aan te tonen, leende Blobel uit het draaiboek van de biochemici: hij zou elk van de componenten fractioneren en vragen wat moet worden gereconstitueerd om targeting op en transport over de membranen te bereiken. Dit was veel gemakkelijker gezegd dan gedaan omdat een reconstructie van een membraan-transportproces niet was bereikt. Hoe zou men weten of het eiwit daadwerkelijk kruiste, en hoe zou men bepalen wat een signaal was? Blobel begon met de voor de hand liggende componenten: ribosomen; een cytosolische translatiemix; mRNA voor afgescheiden eiwit; en membranen van het endoplasmatisch reticulum, het toegangspunt voor de secretoire route. De resultaten waren consistent en een mislukking. Blobel probeerde rattenlever te fractioneren, daarna de pancreas van duiven, die in het lab standaard werden gebruikt. Toen die faalden, probeerde hij één voor één verschillende organen en elk ander organisme dat in gebruik was of beschikbaar was op de Rockefeller universiteit. Niets werkte. Het was onduidelijk of er een fout was in de experimentele opstelling, in zijn techniek, of in de hypothese.

ten slotte kwam het eerste positieve signaal na jaren in de koelruimte. Echter, zelfs toen was er geen ” eureka moment.”Blobel wist dat een signaal het gevolg kon zijn van veel onvoorziene problemen. Kritisch was de inspanning besteed aan controles: heeft de ontluikende eiwit oogst met de membranen? Werd het door de membranen getransporteerd? Was het eiwit beschermd tegen exogeen toegevoegde protease, en was die bescherming echt het gevolg van het afgeschermd zijn in het membraan van het endoplasmatisch reticulum? Het werk was het kritisch reconstrueren van een membraan-transportproces. Het stimuleerde zowel parallel werk door vele andere groepen op eiwit richten op membranen evenals stimuleerde nieuwe richtingen, zoals Jim Rothman ‘ s landmark reconstructie van vesiculair transport. Voor Blobel was het slechts het openingssalvo in zijn studeerkamer. In deze documenten, speculeerde hij verder op de rol van de signaalopeenvolging, de cytosolic factoren, en het eiwit-geleidende kanaal, dat hij de transitweg voor passage over het membraan stelde.

de volgende jaren waren een vlaag van activiteit. Het Blobel lab toonde aan dat als men de gepostuleerde signaalsequentie muteerde, eiwitten niet langer gericht waren. Als men de signaalvolgorde aan cytosolic proteã ne transplanteerde, richtte het zich op. De “Blobelites”, zoals de lableden zichzelf noemden, herhaalden de aanpak van fractionering en reconstitutie. De fractionering van cytosol leidde tot de identiteit van de cytosolic factor die de ontluikende proteã Ne aan het aangewezen membraan begeleidde: het deeltje van de signaalherkenning (SRP). Fractionering van het membraan leidde tot de identificatie van de receptor voor SRP. Hun werk vestigde de signaalopeenvolging als algemeen mechanisme voor proteã ne die aan mitochondrion, chloroplast, peroxisomes, en zelfs aan het bacteriële plasmamembraan richten.Blobel stelde voor dat de signaalvolgorde voor targeting slechts een specifiek voorbeeld was van de meer algemene signalen voor eiwittopogenese. Zijn lab toonde aan dat signaalsequenties, samen met SRP, nodig waren voor het richten en oriënteren van transmembraansegmenten in polytopic proteã nen zoals de acetycholinereceptor en opsin. Zij breidden hun werk uit om de rol van dergelijke opeenvolgingen in het vervoer van proteã nen van één celoppervlakte aan een andere, zoals gebruikt voor transcellular Vervoer van immunoglobulins te onderzoeken. Zij gebruikten biofysische technieken om het bestaan van het veronderstelde eiwit-geleidende kanaal van Blobel aan te tonen en onderzocht zijn interactie met zowel het ribosoom als de signaalopeenvolging. Een extra fractionering leidde tot reconstitutie van de eiwit-translocatie-machines.In het lab van van Potter had Blobel twee projecten opgestart. Het tweede resulteerde in een mooi artikel gepubliceerd in Science over de zuivering van de kern van de cel. Blobel ‘ s lab zette de zoektocht naar de kern voort, wat leidde tot zuivering van het nuclear pore complex (NPC) en zijn componenten en van de nuclear lamina. De Blobelites zetten de aanpak van fractionering en reconstructie voort, in dit geval in het nastreven van nucleair transport. Dit leidde tot de identificatie van cytosolic factoren die zij karyopherins noemden, van het Grieks “te dragen” voor nucleair vervoer. Deze werkten analoog aan SRP en herkenden de topologische signalen voor nucleaire lokalisatie of nucleaire export. Een gradiënt van RanGTP:RanGDP over het nucleaire omhulsel leverde de chemische potentiële gradiënt voor transport.Blobel nam altijd alle technieken aan die nodig waren om de biologische vraag te beantwoorden: biochemie, genetica, elektrofysiologie. In de laatste fase van zijn werk aan de NPC richtte hij zich op structurele biologie. Eén voor één pikten de Blobelieten de eiwitten van de NPC op en kristalliseerden ze. Blobel observeerde twee verschillende conformaties van belangrijke proteã nen van een ring in de nucleaire porie en stelde voor dat deze proteã nen een bouwverandering gelijkend op een Mädchenfänger, ook gekend als vingerval ondergingen. De band van karyopherins die aan gloeidraden in bijlage aan deze proteã nen wordt verankerd veroorzaakte een massieve conformational verandering die omkeerbaar het vernauwen en het verbreden van het kanaal zou veroorzaken.Blobel kreeg de kans om een schuld terug te betalen voor zijn inspiratie toen hij het voorstel “The Ring Cycle” noemde als eerbetoon aan zijn favoriete opera ‘ s. Blobel had de mogelijkheid om veel van zijn schulden in zijn latere jaren terug te betalen. Nadat hij de Nobelprijs had gewonnen, schonk hij zijn winst, ter nagedachtenis aan zijn zus Ruth, aan zijn eerste inspiratie voor “How would I build it”, de wederopbouw van de Frauenkirche (die verwoest werd bij het bombardement op Dresden) en de bouw van een vervanging voor de oude Joodse synagoge (die door de nazi ‘ s op Krystallnacht werd verwoest).Hoewel de wetenschappelijke gemeenschap Günter Blobel heeft verloren, zal dit nog lang worden beïnvloed door zijn bijdragen. Zijn werk aan fractionering en reconstructie bracht celbiologie naar het moleculaire Tijdperk. Zijn rigor in zijn experimentele achtervolging gevestigde assays die nog steeds het model decennia later. Blobel hield van zijn speculaties, maar herinnerde zijn stagiaires altijd aan Aldous Huxley ‘ s adagium dat “mooie ideeën sterven van lelijke feiten.”Men moet bereid zijn om zijn modellen te laten vallen, Blobel zei. Hij wordt vaak herinnerd voor zijn ideeën, de Signaalhypothese, eiwittopogenese, gen gating, het eiwit geleidende kanaal, de Ringcyclus. Het Nobelcomité had gelijk toen het hem eerde voor zijn ” elegante biochemische experimenten.”Echter, bijval moet ook gaan naar zijn speculaties te verklaren cellulaire functie die de motivatie voor een halve eeuw waarde van experimenten in celbiologie hebben verstrekt.