Сознание, мышление и память, составляющие нашу личность, возникают в результате обмена сообщениями между клетками мозга. Для коммуникации друг с другом нейроны образуют специальные контакты, называемые синапсами. Нейрон, передающий сигнал, активируясь, выбрасывает в синаптическую щель химические вещества — нейромедиаторы, кодирующие сообщение для принимающего нейрона. Нейромедиатор изначально содержится в синаптических пузырьках — везикулах, и при возбуждении нейрона мембрана везикулы сливается с внешней (плазматической) мембраной клетки в месте синаптического контакта. Таким образом, молекулы из пузырьков передаются к другому нейрону. В этом году премия Кавли в области нейронаук была присуждена ученым, внесшим значительный вклад в понимание молекулярных механизмов передачи сигналов нервными клетками.
Комбинируя методы биохимии, молекулярной и клеточной биологии, Ричарду Шеллеру удалось идентифицировать несколько ключевых белков, ассоциированных с синаптическими пузырьками и плазматической мембраной. Эти белки участвуют в процессе слияния везикул, содержащих нейронтрансмиттер, с пресинаптической терминалью. В частности, Шеллером впервые был охарактеризован белок v-SNARE или VAMP, ассоциированный с везикулярной мембраной, а также впервые найдены белки плазматической мембраны t-SNARE (синтаксин) и SNAP-25. Эти белки связаны с процессом слияния синаптических пузырьков и мембраны при выбросе нейромедиатора.
Томас Зюдхоф использовал подходы биохимии и молекулярной биологии для определения белков, играющих важную роль в работе синаптических везикул. Он открыл, что один из белков везикулярной мембраны — синаптотагмин — имеет два отдельных домена, один для связывания с кальцием, другой с фосфолипидным слоем мембраны. Это указало на его потенциальную значимость для высвобождения нейромедиатора, так как повышение внутриклеточной концентрации кальция сопровождает активацию нейрона. При помощи методов создания трансгенных животных Зюдхоф выяснил функциональную роль синаптотагмина и нескольких других везикулярных белков, необходимых для быстрого выброса нейромедиатора при появлении кальциевого сигнала.
Джеймс Ротмэн разработал бесклеточный метод анализа основных процессов мембранного переноса в клетке. Им были найдены два растворимых белка — NSF и SNAP, критичных для везикулярного транспорта и слияния с мембраной в клетках не являющихся нервными. Он обнаружил, что при помещении в экстракт из мозга эти белки образуют комплексы с везикулярным белком VAMP и белками плазматической мембраны (идентифицированными ранее Шеллером) — синаптотаксином и SNAP-25. Как оказалось, третичный комплекс везикулярного белка v-SNARE и двух белков плазматической мембраны t-SNARE является основой не только для выброса нейромедиатора в нервных клетках, но и во всех формах слияния клеточных мембран.
Михаил Бурцев