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

když Günter Blobel zemřel 18. února, svět ztratil inovativního myslitele a vynikajícího experimentátora, který uvedl buněčnou biologii do molekulárního věku. Zanechal nová paradigmata, která nadále informují naše chápání toho, jak buňky fungují, legie stážistů, kteří pokračují v transformaci vědy, a dědictví úspěchů globálního občana. Debonair a žoviální, měl divokou vášeň pro vědu, operu a architekturu.

Blobel získal Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu v roce 1999 “ za objev, že proteiny mají vnitřní signály, které řídí jejich transport a lokalizaci v buňce.“V polovině 20. století prošla buněčná biologie revolucí. Elegantní morfologické a biochemické testy charakterizovaly buněčnou architekturu, a katalogizace „co bylo kde“ identifikovala subcelulární kompartmenty, jejich obsah, a jejich funkce. Blobelova demonstrace diskrétních „topogenních sekvencí“ v proteinech, které řídily, kde byly v buňce, jak se tam dostaly a jak byly složeny, poskytla první mechanistický pohled na to, jak byla tato architektura postavena. Blobelovy modely topogeneze proteinů poskytly kritický pohled na normální fyziologii a četné nemoci a pomohly zahájit vznikající oblasti biotechnologie, jako je produkce lidských proteinů v jiných organismech.

Nobelův výbor citoval Blobelovy „elegantní biochemické experimenty“ dosažené roky, které strávil v chladné místnosti. Pro ty, kteří pracovali v blobelově laboratoři, bylo jasné, i když už nepracoval na lavičce, že jeho vášní je snaha o experimentální test. Blobel běžně držel soud ve své kanceláři-s krabicí klementinek vždy po jeho boku analyzoval data, diskutoval o úskalích a slibech experimentů, raději vesele vykouzlil obrázky gestikulací než psaním na deskách. Dobře odůvodněná pozornost věnovaná jeho experimentální zdatnosti nezastínila jeho biologickou intuici. Blobel byl proslulý odhalováním hypotéz, pokud se jim někdo líbil, nebo bezohlednými spekulacemi, pokud ne. Jeho inspirací bylo často se ptát, “ Jak bych takovou věc postavil?“?“Ale posuzoval krásu jakékoli hypotézy podle její přístupnosti k experimentální validaci. Zdálo se, že tyto hypotézy, které ovlivnily mnoho aspektů biologie, vycházejí z Blobelu plně formulovaného. Některé se objevily až poté, co se vrátil z cesty do opery, což naznačuje potenciální zdroj inspirace.

Blobelův přístup mohl mít kořeny v dětství v malém městě ve Slezsku ve východním Německu. V únoru 1945, ke konci druhé světové války, když jeho rodina ustupovala před postupujícími ruskými armádami, vstoupili do města Drážďany. Blobel, který byl 8 let, nikdy neviděl město. Byl okouzlen mnoha věžemi, zejména velkou kupolí Frauenkirche, která se zvedla nad městem. „Byl to nádherný pohled i pro netrénované oko dítěte, „vzpomněl si, a ne naposledy, přemýšlel,“ jak bych takovou věc postavil?““Byl jsem naprosto okouzlen a vždy jsem zůstal připoután k městu, protože jsem to viděl zcela neporušeným způsobem.“Po odchodu z Drážďan se rodina zastavila několik dní na farmě příbuzného na západ od města. V noci slyšeli flotily letadel směřujících k Drážďanům, když noční obloha zčervenala od ohně. Mladý Blobel byl rozhněván ztrátou magického města. „Prostě nezničíš krásné věci. Nezničíte Amsterdam, nezničíte Benátky, nikdy. Jsou to svatá místa, ne Svatá církví, ale z hlediska lidské tvořivosti. Jsou to soubory, které jsou tak dokonalé, že se jich nedotknete.“Dva měsíce po požáru byl Blobel zasažen lidskými náklady na válku: jeho 19letá sestra Ruth byla zabita při jízdě vlakem, který byl zasažen leteckým bombardováním.

po válce se Blobelova rodina usadila v německém Freibergu, kde si vyvinul velkou lásku k divadlu a hudbě. Každý týden poslouchal Bachovy kantáty v místním kostele na varhanách postavených jedním z Bachových přátel, Gottfriedem Silbermannem. Blobel byl vzat s velkými sborovými díly a toužil vzdát hold skvělé hudbě, dokonce vystupoval v Bachově Matthäusově vášni.

později Blobel studoval medicínu, která ho fascinovala i frustrovala. Miloval učení o biologii, ale byl podrážděn popisnou medicínou, korelační povaha-neschopnost prokázat příčinu a následek. Jeho nejstarší bratr Hans následoval ve stopách svého otce a stal se veterinářem. I on byl frustrován omezením znalostí a přešel k výzkumu. Přestěhoval se do Spojených států a stal se profesorem mikrobiologie na University of Wisconsin v Madisonu. Po dvou letech své lékařské stáže, Blobel následoval svého bratra do Madisonu, aby absolvoval práci s Van R. Potterem. Tam Blobel rychle zjistil, jaké budou hlavní ohniska jeho práce pro příštích 55 let: cílení proteinů na buněčné membrány a jaderný transport.

v Potterově laboratoři měl Blobel dva projekty. První byla zaměřena na dosažení vysoce výnosného čištění jádra. Druhý projekt zkoumal načasování translace proteinů a cílení mRNA a proteinů na membrány. V té době byly v laboratoři George Palade na Rockefellerově univerzitě prováděny klíčové experimenty s cílovými proteiny. Palade, spolu s Carlem Redmanem, Phil Siekevitz, a David Sabatini, řešili klíčovou otázku: cílí proteiny na membránu a translokují se přes membránu, jak jsou syntetizovány nebo až poté? Používali puromycin k uvolnění rodících se proteinů ze svých biosyntetických ribozomů. To ukázalo, že uvolněné peptidy, bez ohledu na to, jak krátké, byly nalezeny uvnitř organel vázaných na membránu. Oprávněně dospěli k závěru, že proteiny se translokovaly tak, jak byly syntetizovány. Blobel se přestěhoval do Paladeovy laboratoře jako postdoktorand, kde byl nadšený, že se připojil k kolegům hluboko v mechanistických diskusích: byly cílené informace v RNA nebo proteinu? Byla RNA zaměřena na ribozomy na membráně, které se liší od těch, které tvoří rozpustné proteiny? Blobel se spojil se Sabatini, aby ukázal, že rozpustné a membránově vázané ribozomy jsou zaměnitelné. Před zveřejněním tohoto výsledku navrhli“ hypotézu signálu “ v krátké třístránkové kapitole knihy. Hypotéza signálu spočívala na třech předpokladech: za prvé, že syntéza proteinů začala na volných ribozomech; za druhé, že protein má ve své aminokyselinové struktuře signál, „signální sekvenci“, která je zodpovědná za cílení na membrány; a za třetí, že v cílových membránách jsou proteiny.

zatímco hypotéza byla stále spekulativní, učinila velmi specifické experimentálně testovatelné předpovědi. Brzy další laboratoře zveřejnily výsledky v souladu s hypotézou. Konkrétně světelné řetězce imunoglobulinů, které byly přeloženy do bezbuněčného systému, migrovaly pomaleji na gel než ty, které byly vylučovány z buňky. To naznačuje, že vylučovaný imunoglobin by mohl být menší, pravděpodobně výsledek štěpení spekulované signální sekvence. Bohužel, změna mobility na gelu byla neprůkazná. V bezbuněčném systému by pomalejší pohyblivost mohla být výsledkem nesprávného zahájení translace nebo rychlejší pohyblivost vylučovaného proteinu by mohla být působením nespecifické proteázy.

aby prokázal kauzální vztah, Blobel si vypůjčil z knihy biochemistů: frakcionoval každou ze složek a zeptal se, co musí být rekonstituováno, aby se dosáhlo cílení a transportu přes membrány. To bylo mnohem snadněji řečeno, než provedeno, protože nebylo dosaženo rekonstituce membránového transportního procesu. Jak by člověk věděl, zda protein skutečně překročil, a jak by člověk určil, co je to signál? Blobel začal se zřejmými složkami: ribozomy; cytosolická translační směs; mRNA pro vylučovaný protein; a membrány z endoplazmatického retikula, vstupního bodu pro sekreční dráhu. Výsledky byly konzistentní a selhání. Blobel se pokusil frakcionovat krysí játra, pak holubí slinivku, které byly v laboratoři standardně používány. Když ti selhali, jeden po druhém, vyzkoušel různé orgány a každý jiný organismus, který byl používán nebo dostupný na Rockefellerově univerzitě. Nic nefungovalo. Nebylo jasné, zda došlo k chybě v experimentálním nastavení, v jeho technice nebo v hypotéze.

konečně první pozitivní signál přišel po letech v chladné místnosti. Ani tehdy však neexistoval žádný “ Heureka moment.“Blobel věděl, že signál může být výsledkem mnoha nepředvídaných problémů. Kritické bylo úsilí vynaložené na kontroly: rodící se protein sklízel s membránami? Byl transportován přes membrány? Byl protein chráněn před exogenně přidanou proteázou a byla tato ochrana skutečně důsledkem ochrany uvnitř membrány endoplazmatického retikula? Práce byla kritická rekonstituce membránového transportního procesu. Stimuloval jak paralelní práci mnoha dalších skupin na cílení proteinů na membrány, tak stimuloval nové směry, jako je mezník Jima Rothmana rekonstituce vezikulárního transportu. Pro Blobela to byla jen úvodní salva v jeho pracovně. V těchto dokumentech, dále spekuloval o úloze signální sekvence, cytosolické faktory, a protein-vodivý kanál, který předpokládal, byl tranzitní cestou pro průchod přes membránu.

příštích několik let bylo návalem aktivity. Laboratoř Blobel prokázala, že pokud jeden zmutoval postulovanou sekvenci signálu, proteiny již nejsou cílené. Pokud někdo transplantoval signální sekvenci do cytosolického proteinu, zaměřil se. „Blobelité“, jak se členové laboratoře jmenovali, opakovali přístup frakcionace a rekonstituce. Frakcionace cytosolu vedla k identitě cytosolického faktoru, který chaperonoval rodící se protein na příslušnou membránu: částice rozpoznávání signálu (SRP). Frakcionace membrány vedla k identifikaci receptoru pro SRP. Jejich práce stanovila sekvenci signálu jako obecný mechanismus pro cílení proteinů na mitochondrion, chloroplast, peroxizomy a dokonce i na bakteriální plazmatickou membránu.

Blobel navrhl, že signální sekvence pro cílení byla pouze specifickým příkladem obecnějších signálů pro topogenezi proteinů. Jeho laboratoř prokázala, že signální sekvence, spolu s SRP, byly potřebné pro cílení a orientaci transmembránových segmentů v polytopických proteinech, jako je acetycholinový receptor a opsin. Rozšířili svou práci, aby zkoumali roli takových sekvencí při transportu proteinů z jednoho buněčného povrchu na druhý, jako je například použití pro transkelulární transport imunoglobulinů. Použili biofyzikální techniky k prokázání existence Blobelova hypotetického proteinového vodivého kanálu a prozkoumali jeho interakce s ribozomem i signální sekvencí. Další frakcionace vedla k rekonstituci proteinového translokačního stroje.

ve Van Potterově laboratoři Blobel zahájil dva projekty. Druhý vyústil v krásný dokument publikovaný ve vědě o čištění jádra buňky. Blobelova laboratoř pokračovala ve snaze o jádro, což vedlo k čištění komplexu jaderných pórů (NPC) a jeho složek a jaderné laminy. Blobelité pokračovali v přístupu frakcionace a rekonstituce, v tomto případě ve snaze o jadernou dopravu. To vedlo k identifikaci cytosolických faktorů, které nazývali karyoferiny, z řeckého „nést“ pro jadernou dopravu. Ty fungovaly obdobně jako SRP, rozpoznávaly topologické signály pro jadernou lokalizaci nebo jaderný export. Gradient RanGTP: RanGDP přes jadernou obálku poskytl gradient chemického potenciálu pro transport.

Blobel vždy přijal jakékoli techniky, které byly potřebné k výkonu biologické otázky: biochemie, genetika, elektrofyziologie. V poslední fázi své práce na NPC se obrátil na strukturální biologii. Jeden po druhém si Blobelité vybrali proteiny NPC a krystalizovali je. Blobel pozoroval dvě různé konformace klíčových proteinů kruhu v jaderném póru a navrhl, že tyto proteiny prošly konformační změnou podobnou Mädchenfänger, také známý jako past na prsty. Vazba karyoferinů ukotvených na vlákna připojená k těmto proteinům vyvolala masivní konformační změnu, která by vedla k reverzibilnímu zúžení a rozšíření kanálu.

Blobel měl příležitost splatit jeden dluh za svou inspiraci, když pojmenoval návrh „Kruhový cyklus“ na počest svých oblíbených oper. Ve skutečnosti měl Blobel příležitost splatit mnoho svých dluhů v pozdějších letech. Poté, co získal Nobelovu cenu, věnoval své výhry na památku své sestry Ruth své první inspiraci pro“ Jak bych to postavil“, přestavbu Frauenkirche (která byla zničena při bombardování Drážďan) a vybudování náhrady za starou židovskou synagogu (která byla zničena nacisty na Krystallnachtu).

ačkoli vědecká komunita ztratila Güntera Blobela, bude to mít vliv na jeho příspěvky na dlouhou dobu. Jeho práce na frakcionaci a rekonstituci přinesla buněčnou biologii do molekulárního věku. Jeho přísnost v jeho experimentálním úsilí stanovila testy, které budou i nadále modelem o desetiletí později. Blobel miloval jeho spekulace, ale vždy připomínal svým stážistům pořekadlo Aldous Huxley, že “ krásné nápady umírají z ošklivých faktů.“Člověk musí být připraven upustit od svých modelů,“ řekl Blobel. On je často připomínán pro jeho myšlenky, hypotézu signálu, topogenezi bílkovin, genové brány, kanál pro vedení bílkovin, Kruhový cyklus. Nobelův výbor měl pravdu, když ho ocenil za jeho “ elegantní biochemické experimenty.“Acclaim by však měl jít také ke svým spekulacím, aby vysvětlil buněčné funkce, které poskytly motivaci pro experimenty v buněčné biologii za půl století.