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

kiedy Günter Blobel zmarł 18 lutego, świat stracił innowacyjnego myśliciela i wspaniałego Eksperymentatora, który wprowadził biologię komórkową w epokę molekularną. Pozostawił nowe paradygmaty, które nadal informują nas o tym, jak działają komórki, legion stażystów, którzy nadal przekształcają naukę i dziedzictwo osiągnięć jako globalny obywatel. Debonair i jovial, miał dziką pasję do nauki, a także opery i architektury.

Blobel otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1999 roku ” za odkrycie, że białka mają wewnętrzne sygnały, które regulują ich transport i lokalizację w komórce.”W połowie XX wieku Biologia komórkowa przechodziła rewolucję. Eleganckie testy morfologiczne i biochemiczne charakteryzowały architekturę komórkową, a Katalogowanie” co było gdzie ” zidentyfikowało przedziały subkomórkowe, ich zawartość i funkcje. Pokazanie przez blobela dyskretnych „sekwencji topogenicznych” w białkach, które regulowały miejsce ich przebywania w komórce, jak się tam dostały i jak zostały złożone, dostarczyło pierwszego mechanistycznego wglądu w sposób budowy tej architektury. Modele topogenezy białek firmy Blobel dostarczyły krytycznych informacji na temat prawidłowej fizjologii i licznych chorób oraz pomogły w uruchomieniu nowych dziedzin biotechnologii, takich jak produkcja białek ludzkich w innych organizmach.

Komitet Noblowski zacytował „eleganckie eksperymenty biochemiczne” blobela osiągnięte przez lata spędzone w chłodni. Dla tych, którzy pracowali w laboratorium Blobela, nawet po tym, jak już nie pracował w ławce, było jasne, że jego pasją jest dążenie do eksperymentu. Blobel rutynowo trzymał Dwór w swoim gabinecie–z kartonem klementynek zawsze u boku, analizował dane, omawiając pułapki i obietnice eksperymentów, woląc wesoło wyczarować obrazy poprzez gestykulację, a nie pisanie na tablicach. Uzasadniona uwaga poświęcona jego eksperymentalnym umiejętnościom nie przyćmiła jego biologicznej intuicji. Blobel był znany z eksponowania hipotez, jeśli ktoś je lubił, lub lekkomyślnych spekulacji, jeśli ktoś nie. Jego inspiracją było często pytanie: „jak mógłbym zbudować coś takiego?”Ale oceniał piękno każdej hipotezy przez jej podatność na eksperymentalną walidację. Hipotezy te, które wpłynęły na wiele aspektów biologii, wydawały się wyłaniać z blobela w pełni sformułowane. Niektóre pojawiły się dopiero po powrocie z podróży do opery, sugerując potencjalne źródło inspiracji.

podejście Blobela mogło mieć swoje korzenie w dzieciństwie w małym miasteczku na Śląsku we wschodnich Niemczech. W lutym 1945 roku, pod koniec II wojny światowej, gdy jego rodzina wycofywała się przed nacierającymi wojskami rosyjskimi, wkroczyli do Drezna. Blobel, który miał 8 lat, nigdy nie widział miasta. Był oczarowany wieloma wieżami, zwłaszcza wielką kopułą Frauenkirche, która wzniosła się nad miastem. „Były wspaniałym widokiem nawet dla niewprawnego oka dziecka”, przypomniał i nie po raz ostatni zastanawiał się: „jak mógłbym zbudować coś takiego?””Byłem absolutnie oczarowany i zawsze byłem przywiązany do miasta, ponieważ widziałem je w zupełnie nienaruszony sposób.”Po opuszczeniu Drezna rodzina zatrzymała się na kilka dni w gospodarstwie krewnego na zachód od miasta. W nocy usłyszeli flotę samolotów zmierzających w kierunku Drezna, gdy nocne niebo zrobiło się czerwone od ognia. Młody Blobel był rozgniewany utratą magicznego miasta. „Po prostu nie niszczysz pięknych rzeczy. Nie zniszczysz Amsterdamu, nie zniszczysz Wenecji, nigdy. Są to miejsca święte, nie święte przez Kościół, ale pod względem ludzkiej kreatywności. Są to komplety, które są tak doskonałe, że ich nie dotykasz.”Dwa miesiące po wybuchu pożaru Blobel został dotknięty przez ludzkie wydatki wojenne: jego 19-letnia siostra Ruth została zabita podczas jazdy pociągiem, który został trafiony w bombardowanie lotnicze.

po wojnie rodzina Blobela osiedliła się we Freibergu w Niemczech, gdzie rozwinęła wielką miłość do teatru i muzyki. Co tydzień słuchał kantat Bacha wykonywanych w miejscowym kościele na organach zbudowanych przez jednego z przyjaciół Bacha, Gottfrieda Silbermanna. Blobel był zachwycony wspaniałymi dziełami chóralnymi i pragnął oddać hołd wspaniałej muzyce, wykonując nawet pasję Matthäusa Bacha.

później Blobel studiował medycynę, która zarówno go fascynowała, jak i sfrustrowała. Uwielbiał poznawać biologię, ale był irytowany opisową, korelacyjną naturą medycyny-niezdolnością do wykazania przyczyny i skutku. Jego najstarszy brat, Hans, poszedł w ślady ojca i został weterynarzem. On też był sfrustrowany ograniczeniami wiedzy i przeszedł na badania. Przeniósł się do Stanów Zjednoczonych i został profesorem mikrobiologii na University of Wisconsin w Madison. Po dwóch latach stażu medycznego, Blobel poszedł za bratem do Madison, aby wykonać pracę dyplomową z Van R. Potterem. Tam Blobel szybko ustalił, co będzie głównym ogniskiem jego pracy przez następne 55 lat: białko ukierunkowane na błony komórkowe i transport jądrowy.

w laboratorium Pottera Blobel miał dwa projekty. Pierwszy miał na celu osiągnięcie wysokowydajnego oczyszczania jądra. Drugi projekt badał czas translacji białek i kierowania mRNA i białek do błon. W tym czasie kluczowe eksperymenty z białkami docelowymi były wykonywane w laboratorium George 'a Palade’ a na Uniwersytecie Rockefellera. Palade, wraz z Carlem Redmanem, Philem Siekevitzem i Davidem Sabatini, zadał kluczowe pytanie: czy białka kierują się i translokują przez błonę, gdy są syntetyzowane, czy dopiero później? Używali puromycyny do uwalniania rodzących się białek z ich biosyntetycznych rybosomów. To wykazało, że uwolnione peptydy, bez względu na to, jak krótkie, znaleziono wewnątrz organelli związanych z błoną. Słusznie doszli do wniosku, że białka translokowane podczas ich syntezy. Blobel przeniósł się do laboratorium Palade ’ a jako postdoc, gdzie był zachwycony dołączeniem do kolegów głęboko w mechanistycznych dyskusjach: czy informacja celująca była w RNA czy białku? Czy RNA było ukierunkowane na rybosomy na błonie, które różnią się od tych, które wytwarzają rozpuszczalne białka? Firma Blobel połączyła siły z firmą Sabatini, aby pokazać, że rozpuszczalne i związane z błoną rybosomy są wymienne. Przed opublikowaniem tego wyniku zaproponowali „hipotezę sygnału” w krótkim, trzystronicowym rozdziale książki. Hipoteza sygnału opierała się na trzech założeniach: po pierwsze, że synteza białek rozpoczęła się na wolnych rybosomach; po drugie, że białko ma sygnał w swojej strukturze aminokwasowej, „sekwencję sygnałową”, która jest odpowiedzialna za celowanie do błon; i po trzecie, że istnieją białka w błonach docelowych.

chociaż hipoteza była wciąż spekulatywna, dokonywała bardzo szczegółowych, eksperymentalnie sprawdzalnych prognoz. Wkrótce inne laboratoria opublikowały wyniki zgodne z tą hipotezą. W szczególności, łańcuchy lekkie immunoglobulin, które zostały przetłumaczone w systemie wolnym od komórek, migrowały wolniej na żelu niż te wydzielane z komórki. Sugerowało to, że wydzielana immunoglobina może być mniejsza, być może w wyniku rozszczepiania spekulowanej sekwencji sygnałowej. Niestety, zmiana mobilności żelu była niejednoznaczna. W systemie wolnym od komórek wolniejsza mobilność może być wynikiem nieprawidłowego rozpoczęcia translacji lub szybsza mobilność wydzielanego białka może być działaniem niespecyficznej proteazy.

aby wykazać związek przyczynowy, Blobel zapożyczył z podręcznika biochemików: frakcjonował każdy ze składników i pytał, co należy odtworzyć, aby osiągnąć celowanie i transport przez błony. Było to o wiele łatwiej powiedzieć niż zrobić, ponieważ nie udało się osiągnąć procesu odtworzenia membrany-transportu. Skąd można wiedzieć, czy białko rzeczywiście się krzyżuje i jak można określić, co jest sygnałem? Blobel zaczął od oczywistych składników: rybosomów; cytozolicznej mieszanki translacyjnej; mRNA dla wydzielanego białka; i błon z retikulum endoplazmatycznego, punktu wejścia do drogi wydzielniczej. Wyniki były spójne i nieudane. Blobel próbował frakcjonować wątrobę szczura, potem trzustkę gołębia, które były standardowo używane w laboratorium. Kiedy te zawiodły, jeden po drugim, wypróbował różne organy i każdy inny organizm, który był używany lub dostępny na Uniwersytecie Rockefellera. Nic nie działało. Nie było jasne, czy była wada w konfiguracji eksperymentalnej, w jego technice, czy w hipotezie.

wreszcie pierwszy pozytywny sygnał przyszedł po latach w chłodni. Jednak nawet wtedy nie było „chwili Eureki”.”Blobel wiedział, że sygnał może być wynikiem wielu nieprzewidzianych problemów. Krytyczny był wysiłek spędzony w kontroli: czy rodzące się białko zbierało się z błonami? Czy był transportowany przez membrany? Czy białko było chronione przed egzogennie dodaną proteazą i czy ta ochrona była konsekwencją ekranowania wewnątrz błony retikulum endoplazmatycznego? Praca była krytycznym odtworzeniem procesu transportu membranowego. Stymulował zarówno równoległe prace wielu innych grup nad białkami skierowanymi do błon, jak i stymulował nowe kierunki, takie jak przełomowa rekonstrukcja transportu pęcherzykowego Jima Rothmana. Dla Blobela była to tylko salwa otwierająca jego gabinet. W tych pracach spekulował dalej na temat roli sekwencji sygnałowej, czynników cytozolowych i kanału przewodzącego białko, który zakładał, że jest ścieżką tranzytową dla przejścia przez błonę.

nastepne lata byly falą dzialalnosci. Laboratorium Blobel wykazało, że jeśli ktoś zmutuje postulowaną sekwencję sygnałową, białka nie będą już celowane. Jeśli ktoś przeszczepił sekwencję sygnałową do białka cytozolowego, miała cel. „Blobelitowie”, jak nazwali siebie członkowie laboratorium, powtórzyli podejście frakcjonowania i odtworzenia. Frakcjonowanie cytozolu prowadziło do identyfikacji czynnika cytozolowego, który zabezpieczał rodzące się białko do odpowiedniej błony: cząsteczki rozpoznawania sygnału (SRP). Frakcjonowanie błony doprowadziło do identyfikacji receptora dla SRP. Ich praca ustanowiła sekwencję sygnałową jako ogólny mechanizm ukierunkowania białka na mitochondrion, chloroplast, peroksysomy, a nawet na bakteryjną błonę plazmatyczną.

Blobel zaproponował, że sekwencja sygnałowa do celowania była tylko specyficznym przykładem bardziej ogólnych sygnałów dla topogenezy białek. Jego laboratorium wykazało, że sekwencje sygnałowe, wraz z SRP, były wymagane do kierowania i orientacji segmentów transbłonowych w białkach politopowych, takich jak receptor acetycholiny i opsyna. Rozszerzyli swoją pracę, aby zbadać rolę takich sekwencji w transporcie białek z jednej powierzchni komórki na drugą, takich jak używane do transkomórkowego transportu immunoglobulin. Wykorzystali techniki biofizyczne, aby wykazać istnienie hipotetycznego kanału przewodzącego białko Blobela i zbadali jego interakcje zarówno z rybosomem, jak i sekwencją sygnałową. Dodatkowe frakcjonowanie doprowadziło do odtworzenia mechanizmu translokacji białek.

w laboratorium Van Pottera Blobel rozpoczął dwa projekty. Drugi zaowocował piękną pracą opublikowaną w Science na temat oczyszczania jądra komórkowego. Laboratorium Blobel kontynuowało poszukiwania jądra, prowadząc do oczyszczenia kompleksu porów jądrowych (NPC) i jego składników oraz laminy jądrowej. Blobelitowie kontynuowali podejście do frakcjonowania i odtworzenia, w tym przypadku w dążeniu do transportu jądrowego. Doprowadziło to do identyfikacji czynników cytozolowych, które nazwali karioferynami, od greckiego „do przenoszenia” do transportu jądrowego. Działały one w sposób analogiczny do SRP, rozpoznając sygnały topologiczne dla lokalizacji jądrowej lub eksportu jądrowego. Gradient RanGTP: RanGDP w całej otoczce jądrowej zapewniał gradient potencjału chemicznego dla transportu.

Blobel zawsze przyjmował wszelkie techniki wymagane do realizacji pytania biologicznego: biochemia, genetyka, elektrofizjologia. W ostatniej fazie prac nad NPC zwrócił się ku biologii strukturalnej. Jeden po drugim Blobelitowie wyłapali białka NPC i skrystalizowali je. Blobel zaobserwował dwie różne konformacje kluczowych białek pierścienia w porach jądrowych i zaproponował, że białka te przeszły zmianę konformacyjną podobną do Mädchenfängera, znanego również jako pułapka na palce. Wiązanie karioferin zakotwiczonych w filamentach przyłączonych do tych białek wywołało masową zmianę konformacyjną, która spowodowałaby odwracalne zwężenie i poszerzenie kanału.

Blobel miał okazję spłacić jeden dług za swoją inspirację, gdy nazwał propozycję „cyklem pierścienia” w hołdzie swoim ulubionym operom. W rzeczywistości Blobel miał okazję spłacić wiele swoich długów w późniejszych latach. Po zdobyciu nagrody Nobla, przekazał swoje wygrane, ku pamięci swojej siostry Ruth, na swoją pierwszą inspirację do” Jak mam to zbudować”, odbudowania Frauenkirche (zniszczonego w wyniku bombardowania Drezna) i budowy zamiennika starej żydowskiej synagogi (zniszczonej przez nazistów Na Krystallnacht).

chociaż społeczność naukowa straciła Güntera Blobela, jego wkład będzie miał na to wpływ przez długi czas. Jego prace nad frakcjonowaniem i odtwarzaniem wprowadziły biologię komórkową w epokę molekularną. Jego rygor w jego eksperymentalnym dążeniu ustanowił testy, które nadal są wzorem dziesięcioleci później. Blobel uwielbiał swoje spekulacje, ale zawsze przypominał uczniom powiedzenie Aldousa Huxleya, że ” piękne idee umierają z brzydkich faktów.”Trzeba być przygotowanym na zrzucenie swoich Modeli, powiedział Blobel. Często jest pamiętany ze swoich pomysłów, hipotezy sygnałowej, topogenezy białek, bramkowania genów, kanału przewodzącego białko, cyklu pierścieniowego. Komitet Noblowski miał rację, gdy uhonorował go za ” eleganckie eksperymenty biochemiczne.”Jednak uznanie powinno również udać się do jego spekulacji, aby wyjaśnić funkcje komórkowe, które dostarczyły motywacji do wartych pół wieku eksperymentów w biologii komórki.