Dödsruna: g Obitnter Blobel (1936-2018) | Jidian Stone

när g Obitnter Blobel dog den 18 februari förlorade världen en innovativ tänkare och utmärkt experimentalist som inledde cellbiologi i molekylåldern. Han lämnade nya paradigmer som fortsätter att informera vår förståelse för hur celler fungerar, en legion av praktikanter som fortsätter att omvandla vetenskapen och ett arv av prestationer som global medborgare. Debonair och jovial, han hade en våldsam passion för vetenskap samt opera och arkitektur.

Blobel tilldelades Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1999 ”för upptäckten att proteiner har inneboende signaler som styr deras transport och lokalisering i cellen.”I mitten av 20-talet genomgick cellbiologi en revolution. Eleganta morfologiska och biokemiska analyser karakteriserade cellulär arkitektur och en katalogisering av ”vad var var” hade identifierat de subcellulära facken, deras innehåll och deras funktioner. Blobels demonstration av diskreta ”topogena sekvenser” i proteiner som styrde var de var i cellen, hur de kom dit och hur de viks gav den första mekanistiska insikten om hur denna arkitektur byggdes. Blobels modeller av proteintopogenes gav kritiska insikter i normal fysiologi och många sjukdomar och hjälpte till att lansera nya områden inom bioteknik, såsom produktion av humana proteiner i andra organismer.

Nobelutskottet citerade Blobels ”eleganta biokemiska experiment” som uppnåtts genom år som han tillbringade i kylrummet. För dem som arbetade i Blobels laboratorium var det tydligt, även efter att han inte längre arbetade på bänken, att hans passion var strävan efter experimenttestet. Blobel höll rutinmässigt domstol på sitt kontor-med en kartong med klementiner alltid vid sin sida analyserade han data, diskuterade fallgropar och löften om experiment och föredrog att glatt framkalla bilder genom gestikulation snarare än att skriva på brädor. Den väl motiverade uppmärksamheten på hans experimentella förmåga överskuggade inte hans biologiska intuition. Blobel var känd för att exponera hypoteser, om man gillade dem, eller hänsynslösa spekulationer, om man inte gjorde det. Hans inspiration var ofta att fråga, ” hur skulle jag bygga en sådan sak?”Men han bedömde skönheten i någon hypotes genom dess amenability till experimentell validering. Dessa hypoteser, som påverkade många aspekter av biologi, tycktes komma fram ur Blobel helt formulerad. Några kom fram först efter att han återvände från en resa till operaen, vilket tyder på en potentiell källa till inspiration.

Blobels tillvägagångssätt kan ha haft sina rötter i sin barndom i en liten stad i Schlesien i östra Tyskland. I februari 1945, nära slutet av andra världskriget när hans familj drog sig tillbaka från de framryckande ryska härarna, gick de in i staden Dresden. Blobel, som var 8 år gammal, hade aldrig sett en stad. Han förtrollades av de många tornen, särskilt den stora kupolen i Frauenkirche som steg över staden. De ”var en magnifik syn även för ett barns otränade öga”, minns han, och inte för sista gången undrade han, ” hur skulle jag bygga en sådan sak?””Jag var helt förtrollad och förblev alltid knuten till staden eftersom jag såg den på ett helt intakt sätt.”Efter att ha lämnat Dresden stannade familjen några dagar på en släktings gård väster om staden. På natten hörde de flygplansflottorna på väg mot Dresden när natthimlen blev röd från eld. Den unga Blobel blev arg av förlusten av den magiska staden. ”Du förstör bara inte vackra saker. Du förstör inte Amsterdam; du förstör inte Venedig, någonsin. Dessa är heliga platser, inte heliga av kyrkan utan när det gäller mänsklig kreativitet. De är ensembler som är så perfekta att du inte rör dem.”Två månader efter brandbombningen drabbades Blobel av de mänskliga utgifterna för krig: hans 19-åriga syster Ruth dödades medan han åkte på ett tåg som träffades i en flygbombning.

efter kriget bosatte sig Blobels familj i Freiberg, Tyskland, där han utvecklade en stor kärlek till teater och musik. Varje vecka lyssnade han på Bach-kantater som utfördes i den lokala kyrkan på ett orgel byggt av en av Bachs vänner, Gottfried Silbermann. Blobel togs med de stora körverken och längtade efter att hylla bra musik, till och med utföra i Bachs Mattubbilus Passion.

senare studerade Blobel medicin, som både fascinerade och frustrerade honom. Han älskade att lära sig om biologi men irriterades av medicinens beskrivande, korrelativa natur—oförmågan att visa orsak och effekt. Hans äldsta bror, Hans, hade följt i sin fars fotspår och blivit veterinär. Han blev också frustrerad av kunskapens begränsningar och bytte till forskning. Han hade flyttat till USA och blivit professor i mikrobiologi vid University of Wisconsin i Madison. Efter två år av sin medicinska praktik följde Blobel sin bror till Madison för att göra sitt examensarbete med Van R. Potter. Där etablerade Blobel snabbt vad som skulle vara huvudfokus för hans arbete under de kommande 55 åren: proteininriktning mot cellmembran och kärntransport.

i Potters lab hade Blobel två projekt. Den första syftade till att uppnå en högavkastningsrening av kärnan. Det andra projektet undersökte tidpunkten för proteinöversättning och inriktning av mRNA och proteiner till membran. Vid den tiden gjordes viktiga proteinmålsexperiment i George Palades laboratorium vid Rockefeller University. Palade, tillsammans med Carl Redman, Phil Siekevitz och David Sabatini, tog upp en nyckelfråga: riktar proteiner sig till och translokerar över membranet när de syntetiseras eller först efter? De använde putromycin för att frigöra framväxande proteiner från sina biosyntetiska ribosomer. Detta visade att de frisatta peptiderna, oavsett hur korta, hittades inuti de membranbundna organellerna. De drog med rätta slutsatsen att proteinerna translokerade när de syntetiserades. Blobel flyttade till Palades labb som postdoktor där han var stolt över att gå med kollegor djupt i mekanistiska diskussioner: var inriktningsinformationen i RNA eller proteinet? Var RNA riktade mot ribosomer på membranet som skiljer sig från de som gör lösliga proteiner? Blobel samarbetade med Sabatini för att visa att lösliga och membranbundna ribosomer var utbytbara. Innan de publicerade detta resultat föreslog de” Signalhypotesen ” i ett kort kapitel på tre sidor. Signalhypotesen vilade på tre antaganden: för det första att proteinsyntesen började på fria ribosomer; för det andra att proteinet har en signal i sin aminosyrastruktur, en ”signalsekvens” som är ansvarig för inriktning mot membran; och för det tredje att det finns proteiner i målmembranen.

medan hypotesen fortfarande var spekulativ, gjorde den mycket specifika experimentellt testbara förutsägelser. Snart publicerade andra laboratorier resultat som överensstämmer med hypotesen. Specifikt migrerade de lätta kedjorna av immunoglobuliner som översattes i ett cellfritt system långsammare på en gel än de som utsöndrades från cellen. Detta antydde att det utsöndrade immunoglobinet kan vara mindre, möjligen resultatet av klyvning av den spekulerade signalsekvensen. Tyvärr var förändringen i rörlighet på en gel otvivelaktig. I det cellfria systemet kan den långsammare rörligheten vara resultatet av en felstart av översättning, eller den snabbare rörligheten hos det utsöndrade proteinet kan vara verkan av ett icke-specifikt proteas.

för att visa ett orsakssamband lånade Blobel från biokemisternas playbook: han skulle fraktionera var och en av komponenterna och fråga vad som måste rekonstitueras för att uppnå inriktning på och transport över membranen. Detta var mycket lättare sagt än gjort eftersom en rekonstitution av en membrantransportprocess inte hade uppnåtts. Hur skulle man veta om proteinet faktiskt korsade, och hur skulle man bestämma vad som var en signal? Blobel började med de uppenbara komponenterna: ribosomer; en cytosolisk översättningsblandning; mRNA för utsöndrat protein; och membran från endoplasmatisk retikulum, ingångspunkten för den sekretoriska vägen. Resultaten var konsekventa och ett misslyckande. Blobel försökte fraktionera råttlever, sedan duva bukspottkörteln, som var i standardanvändning i labbet. När de misslyckades, en efter en, försökte han olika organ och alla olika organismer som användes eller var tillgängliga vid Rockefeller University. Ingenting fungerade. Det var oklart om det fanns en brist i den experimentella inställningen, i hans teknik eller i hypotesen.

Slutligen kom den första positiva signalen efter år i kylrummet. Men även då fanns det inget ” eureka-ögonblick.”Blobel visste att en signal kunde vara resultatet av många oförutsedda problem. Kritisk var ansträngningen i kontroller: skördade det växande proteinet med membranen? Transporterades det över membranen? Var proteinet skyddat från exogent tillsatt proteas, och var det skyddet verkligen konsekvensen av att vara avskärmad inuti membranet i endoplasmatisk retikulum? Arbetet var den kritiska rekonstitutionen av en membrantransportprocess. Det stimulerade både parallellt arbete av många andra grupper om proteininriktning mot membran samt stimulerade nya riktningar, såsom Jim Rothmans landmärke rekonstitution av vesikulär transport. För Blobel var det bara öppningssalvan i hans studie. I dessa papper spekulerade han vidare på signalsekvensens roll, de cytosoliska faktorerna och den proteinledande kanalen, som han ställde var transitvägen för passage över membranet.

de närmaste åren var en uppsjö av aktivitet. Blobel lab visade att om man muterade den postulerade signalsekvensen riktade sig proteiner inte längre. Om man transplanterade signalsekvensen till cytosoliskt protein, riktade den sig. ”Blobeliterna”, som labbmedlemmarna kallade sig själva, upprepade tillvägagångssättet för fraktionering och rekonstitution. Fraktionering av cytosolen ledde till identiteten av den cytosoliska faktorn som chaperoned det framväxande proteinet till lämpligt membran: signaligenkänningspartikeln (SRP). Fraktionering av membranet ledde till identifieringen av receptorn för SRP. Deras arbete etablerade signalsekvensen som en allmän mekanism för proteininriktning mot mitokondrion, kloroplast, peroxisomer och till och med till det bakteriella plasmamembranet.

Blobel föreslog att signalsekvensen för inriktning Bara var ett specifikt exempel på de mer allmänna signalerna för proteintopogenes. Hans laboratorium visade att signalsekvenser, tillsammans med SRP, krävdes för inriktning och orientering av transmembransegment i polytopiska proteiner såsom acetykolinreceptorn och opsin. De utvidgade sitt arbete för att undersöka rollen för sådana sekvenser vid transport av proteiner från en cellyta till en annan, såsom används för transcellulär transport av immunoglobuliner. De använde biofysiska tekniker för att demonstrera förekomsten av Blobels hypoteserade proteinledande kanal och utforskade dess interaktioner med både ribosomen och signalsekvensen. En ytterligare fraktionering ledde till rekonstituering av proteintranslokationsmaskinen.

i Van Potter ’ s lab hade Blobel startat två projekt. Den andra resulterade i ett vackert papper publicerat i Science on the purification of the nucleus of the cell. Blobels laboratorium fortsatte strävan efter kärnan, vilket ledde till rening av kärnporkomplexet (NPC) och dess komponenter och av kärnlaminen. Blobeliterna fortsatte tillvägagångssättet för fraktionering och rekonstitution, i detta fall i strävan efter kärntransport. Detta ledde till identifieringen av cytosoliska faktorer som de kallade karyoferiner, från grekiska ”att bära” för kärntransport. Dessa arbetade på ett analogt sätt med SRP och kände igen de topologiska signalerna för kärnlokalisering eller kärnexport. En gradient av RanGTP: RanGDP över kärnhöljet gav den kemiska potentialgradienten för transport.

Blobel antog alltid vilka tekniker som krävdes för att driva den biologiska frågan: biokemi, genetik, elektrofysiologi. I den sista fasen av sitt arbete på NPC vände han sig till strukturell biologi. En efter en plockade Blobeliterna bort proteinerna från NPC och kristalliserade dem. Blobel observerade två olika konformationer av nyckelproteiner i en ring i kärnporen och föreslog att dessa proteiner genomgick en konformationsförändring som liknar en m Occuldchenf Occulnger, även känd som en fingerfälla. Bindning av karyoferinerna förankrade till filament fästa vid dessa proteiner utlöste en massiv konformationsförändring som skulle ge en reversibel förträngning och utvidgning av kanalen.

Blobel hade möjlighet att återbetala en skuld för sin inspiration när han namngav förslaget ”Ringcykeln” till hyllning till sina favoritoperor. Faktum är att Blobel hade möjlighet att återbetala många av sina skulder under sina senare år. Efter att han vunnit Nobelpriset donerade han sina vinster till minne av sin syster Ruth till sin första inspiration för ”hur skulle jag bygga det”, återuppbygga Frauenkirche (som förstördes i brandbombningen av Dresden) och bygga en ersättare för den gamla judiska synagogen (som förstördes av nazisterna på Krystallnacht).

även om vetenskapssamhället har förlorat g Acubisnter Blobel, kommer det att påverkas av hans bidrag under lång tid framöver. Hans arbete med fraktionering och rekonstitution förde cellbiologi in i molekylåldern. Hans rigor i hans experimentella strävan etablerade analyser som fortsätter att vara modellen årtionden senare. Blobel älskade sina spekulationer men påminde alltid sina praktikanter om Aldous Huxleys ordspråk att ” vackra ideer dör av fula fakta.”Man måste vara beredd att släppa sina modeller, sa Blobel. Han är ofta ihågkommen för sina tankar, Signalhypotesen, proteintopogenesen, gengating, den proteinledande kanalen, Ringcykeln. Nobelutskottet hade rätt när det hedrade honom för hans ”eleganta biokemiska experiment.”Emellertid bör acclaim också gå till hans spekulationer för att förklara cellulär funktion som har gett motivationen för ett halvt sekels värde av experiment i cellbiologi.