Albert Claude, Christian de Duve, George Emil Palade
Albert Claude Luxembourgban született 1898-ban. Tizenkét éves korától egy acélöntődében dolgozik. Az első világháború idején a megszállt Belgiumban az Intelligence Service kötelékeiben szolgál, itt szerzett érdemeiért – félbeszakított tanulmányai ellenére – engedélyezik, hogy egyetemet végezzen. Huszonhárom éves korában a liége-i egyetem mérnöki karán tanul, majd néhány hónap múlva átiratkozik az orvosi fakultásra. Hat év múlva orvos, egy évig Berlinben sejttenyészeteken végez tanulmányokat, majd 1925-től 1950-ig a New York-i Rockefeller Intézetben dolgozik. Ekkor visszatér Brüsszelbe, ahol a Jules-Bordet Intézet igazgatója lesz.
Albert Claude az elsők között mutatta ki a nukleinsavak és a sejtmembrán foszfolipidjeinek a sejt felépítésében játszott fontos szerepét. Az ultracentrifugálás módszerével felfedezte a mikroszómáknak nevezett sejtszervecskéket. Az utóbbi időben a sejtnövekedés tényezőire, a mitokondriumokra és riboszómákra vonatkozó kutatásokat végez.
Christian de Duve 1917-ben született Angliában. 1941-ben Belgiumban, a louvain-i egyetemen elnyeri az orvosdoktori címet, 1945-ben a felsőoktatásban tanít, 1946-ban vegyészdiplomát szerez, 1947-ben a Rockefeller Alapítvány ösztöndíjasa. 1962-től egyidejűleg a Rockefeller Egyetem és a louvain-i egyetem tanára, emellett Louvain-ben a sejtbiológiai laboratóriumot vezeti. Christian de Duve a sejtbiokémia szakembere; többek között nevéhez fűződik a peroxiszómáknak és a lizoszómáknak a felfedezése.
George Emil Palade 1912. november 11-én született Iași-ban. Tanulmányait a bukaresti Orvosi Egyetemen végezte, ahol tanársegéd, majd előadó tanár lett az anatómia katedrán. Közel három évtizede az Egyesült Államokban telepedett le, ahol a Rockefeller Orvosi Kutatóintézetben végzett jelentős kutatómunkát. Ennek eredménye az, hogy ma a világ legjobb sejtbiológusai közé tartozik. Munkásságáról talán az alábbi felsorolás adhat némi képet: hozzájárult a sejtszervecskék izolálása módszertanának kidolgozásához és az elektronmikroszkópiás módszerek kidolgozásához; felfedezte a sejt működésében annyira fontos szerepet játszó lizoszómákat, amelyekben a fehérjék szintézise lejátszódik, s amelyeket ma tiszteletére a tudósok Palade-szemcséknek neveznek; jelentős kutatásokat végzett egyes sejttáplálkozási jelenségekkel kapcsolatban; hozzájárult a mitokondriumok struktúrájának felderítéséhez. Palade professzor a yale-i egyetem orvosi fakultásán a sejtbiológiai részleg igazgatója, tagja az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának és más akadémiáknak, valamint tudományos egyesületeknek.
Az utóbbi időben George Palade professzor többször látogatott szülőhazájába. 1966-ban Románia és az Egyesült Államok tudományos és oktatásügyi közreműködéséről tárgyalt, 1971-ben pedig előadássorozatot tartott hazánk nagyobb orvosi és biológiai központjaiban. Miután megtudta, hogy munkásságát Nobel-díjjal jutalmazták, a Scînteia tudósítójának adott interjújában elmondta, hogy továbbra is megkezdett munkáját szándékszik folytatni. „Szerencsés és boldog véletlennek tartom a díjat, amely valahol a karrierem és munkásságom egyik szakaszában következett be, s amely számomra nem jelent sem kezdetet, sem véget.“
A tudományos Nobel-díjakat mindinkább valamely külön kutatási terület szintézisigényű, összefoglaló képet kialakító tanulmányozásáért ítélik oda. Az idei orvosi és fiziológiai Nobel-díjjal – október 10-én – a biológia egyik sajátos ágában, a sejtbiológiában (mintegy húsz év alatt) elért eredményeik elismeréseként tüntették ki Albert Claude és Christian de Duve belga, valamint George Emil Palade román származású amerikai professzorokat. A három tudós modern kutatási eljárásokat (elektronmikroszkópia, ultracentrifugálás stb.) alkalmazva az élő anyag szerkezeti és működési szerveződésének jelentős, addig nem ismert formáit tárta fel. Munkásságuk alapján morfológusok, hisztológusok és fiziológusok egész csapata tárta fel lépésről lépésre a sejtnek, az élőanyag alapelemének óriási strukturális és működésbeli összetettségét és változatosságát.
A. Claude nevéhez elsősorban az alap-citoplazmában levő endoplazmás hálózat (retikulum) tanulmányozása fűződik (1945), Ch. de Duve-nek 1949-ben sikerült izolálnia a lizoszómáknak nevezett sejtszervecskéket, G. E. Pallade pedig 1948-ban írta le a fehérjék szintézisében fontos szerepet játszó riboszómákat.
Az új orvosi Nobel-díjasok tudományos érdemeinek értékeléséhez megkíséreljük felvázolni az endoplazmás hálózatról, a lizoszómákról és a riboszómákról eddig felgyűlt ismeretek közérdeklődésre számot tartható részét.
AZ ENDOPLAZMÁS HÁLÓZAT
A magasabbrendű növények és állatok sejtjeiben rendkívül nagyszámú hártya (membrán) található, amelyek egymással kapcsolódva behálózzák, átjárják az egész citoplazmát és azt apró rekeszekre tagolják. E hatalmas hártyarendszert csövecskék (tubulusok), hólyagocskák (vezikulumok), lapított zsákocskák építik fel – ezek összességét nevezzük endoplazmás hálózatnak. Felfedezése Porter, Claude és Fullman nevéhez fűződik, akik 1945-ben, az első elektronmikroszkópos vizsgálatok idején fibroblaszt-sejttenyészeteken végeztek vizsgálatokat. Mivel a felfedezők csak a citoplazma központi részében figyelték meg, az endoplazmás elnevezést vezették be, és ez honosodott meg, bár a későbbi vizsgálatok azt mutatták, hogy e hálózat a citoplazma környéki részén is jelen van. Tekintettel arra, hogy e hálózat valóban dúsabb az endoptazmában, mint az ektoplazmában, az endoplazmás hálózat (a továbbiakban: EH) elnevezés helytállónak fogadható el.
Az elektronmikroszkópos vizsgálatok kezdeti időszakában az EH-t általában közönséges műterméknek tartották. Ezt a felfogást az utólagos vizsgálatok megcáfolták. Sokféle sejten végzett rendszeres kutatások eredményei azt mutatják, hogy az EH elemei jelen vannak a gerinces állatok összes sejttípusaiban, kivéve az emlősök vörösvértesteit és a vérlemezkéket, valamint az összes növényi sejtekben.
Az EH-t alkotó hártyák vastagsága általában 50–60 angström, vegyi összetételük nagyjából azonos a mitokondriumok falát alkotó hártyákéval. Az EH-t alkotó csövecskék, hólyagocskák és zsákocskák üregét kitöltő anyag elektronsűrűsége általában azonos az alapcitoplazmáéval. Az EH üregrendszere egyes esetekben csak virtuális, mivel az alkotóelemek falát adó hártyák összetapadnak. Az esetek többségénél viszont a csövecskék és hólyagocskák fejlett üregrendszert hoznak létre, amelyet szemcsés vagy heterogén anyag tölt ki. Ennek az anyagnak a minősége sejtek szerint változik.
Az EH képe lényegesen változik a sejtek típusa, fejlettségi állapota, differenciáltsága és működési állapota szerint, így például az embrionális sejtekben az EH fejletlen, a differenciálódás előrehaladtával egyre összetettebbé válik. A sejtmag eltűnésével együtt – például a vörösvértestekben – az EH is degenerálódik.
Az EH képlékenysége jól megfigyelhető a sejt kóros állapotában, amikor is üregrendszere rendkívüli módon kitágulhat és feldarabolódhat. Mérgező anyagok hatására az EH csövecskéi, hólyagocskái nagymértékben kitágulnak, valószínűleg a víz, az ásványi sók és egyéb anyagok felhalmozódása következtében. Igen jellemző a különböző szekréciós tevékenységet végző sejtekre, hogy EH-juk üregrendszerében váiadékszemcsék jelennek meg változó mennyiségben.
Az alkotóelemek szerkezete felépítése szerint szemcsementes vagy sima felszínű és szemcsés felszínű EH-t különböztetnek meg.
A SZEMCSEMENTES (AGRANULÁRIS) EH
elsősorban 500 és 1000 angström közötti átmérővel rendelkező csövecskék háromdimenziós hálózatából tevődik össze. Aránylag jól fejlett azokban a sejtekben, melyekben szteroidok és zsírok (lipidek) termelődnek és halmozódnak fel, így például a here intersticiális sejtjeiben, a barna zsírsejtekben, a mellékvesekéreg sejtjeiben stb.
Az adenohipofízis egyes hormontermelő sejtjeiben a sima felszínű EH-csövecskék hagymalevél módjára, körkörösen egymást fedve a sejtmag közelében úgynevezett melléksejtmagot (endoplazmás paranukleuszt) hoznak létre. Ilyen képződményt más sejtekben is megfigyeltek.
A harántcsíkolt izomrostokban a sima felszínű EH a miofibrillumokat valóságos hüvelyként körülvevő csövecskék és az ezeket a szarkomérák mentén harántul összekötő csövecskék rendszeréből épül fel.
A retina pigmentsejtjeiben az EH-nak ezt a formáját 4–5 mikron hosszúságú kompakt, úgynevezett mieloid testecskék alkotják, amelyek lencse alakúak és ötösével-hatosával összekapcsolódva a citoplazmának felét is alkothatják.
A sima felszínű EH változatos megjelenési képe arra vall, hogy élettani szerepe nem egységes, hanem a sejtek változatos funkciójának megfelelően sejttípusonként változik.
A megfigyelések arra engednek következtetni, hogy a szemcsementes EH alkotóelemei olyan enzim-rendszerekkel rendelkeznek, amelyek részt vesznek a glikogén, a különböző szteroidok, trigliceridek és más lipidek szintézisében.
A szemcsementes EH (és lehetséges, hogy a szemcsés is) szerepet játszhat a citoplazmában végbemenő anyagvándorlásban. A különböző anyagok diffúzió, illetve aktív transzport révén haladnak át az EH hártyáin, akárcsak a sejthártyán.
Ebből jutottak arra a következtetésbe, hogy az EH sejten belüli keringési rendszerként működve a különböző anyagok felvételét, leadását és sejten belüli keringését szabályozza.
A SZEMCSÉS ENDOPLAZMÁS HÁLÓZAT (ERGASZTOPLAZMA)
szintén hártyával körülvett csövecskékből, hólyagocskákból és ciszternákból épül fel. A különbség az, hogy külső felületén riboszómák sorakoznak fel és ennek következtében az EH-nak ez a formája jellegzetes szemcsés képet mutat az elektronmikroszkópos felvételen.
Megjelenési formája – nagy mértékben függ a sejt működési sajátosságaitól. Az elválasztó tevékenységet végző sejtekben (hasnyálmirigy, fültőmirigy stb.) a szemcsés EH riboszómákkal körülvett és párhuzamosan egymás mellett elhelyezkedő lapított zsákocskák halmazából áll, a sejtek alapi környékén. A párhuzamos zsákocskákat helyenként csövecskék kapcsolják össze.
A szemcsés EH zsákocskáihoz kapcsolódó riboszómák gazdag RNS tartalma miatt a citoplazma megfelelő része igen élénk képet mutat. Ennek köszönhető, hogy a szemcsés EH létéről már a fénymikroszkópos vizsgálatok idején tudomást szereztek és ergasztoplazma néven ismerték. A felfedezés sorsa tudománytörténeti szempontból is érdekes. 1900-ban egy szakfolyóiratban cikk jelenik meg, amely különböző szervek (máj, vese, hasnyálmirigy, mirigyek stb.) sejtjeinek szerkezetéről értekezik. A cikk egyáltalán nem keltett feltűnést a tudományos világban. Ebben az időszakban a kutatók legnagyobb része a sejtszervecskék tanulmányozásán fáradozik. Néhány éve csak, hogy felfedezték a mitokondriumokat, ez idő tájt írja le egy olasz tudós a sejt hálózatos készülékét. Ismét tanulmányozni kezdik a már régebben ismert sejtközpontot. Újabb és újabb, jobb és jobb festési módszerek kidolgozásán fáradoznak.
Érthető, hogy ilyen légkörben egyáltalán nem kelt feltűnést egy olyan dolgozat, amely a régi, jól ismert módszerek felhasználásával tanulmányozza a különböző szervek sejtjeit.
A fent említett cikk szerzőjének sikerült megfigyelnie azt is, hogy a bazofíliát mutató sejtek citoplazmája a hossztengellyel párhuzamosan haladó vékony csövecskéket vagy finom szálacskákat is tartalmaz. A szerző feltételezte, hogy a fehérjék szintézise ezek környékén történik. A citoplazmának ezt a részét ergasztoplazmának (magyarul képzőplazmának) nevezte el. A cikk szerzője Garnier francia kutató volt. Dolgozata az ergasztoplazmáról elfeledve hevert a sejt szerkezetéről és a sejtszervecskékről szóló munkák rengetegében.
Majd öt évtizednek kellett eltelnie, míg a kutatók – modern vizsgálati módszerek birtokában – ismét behatoltak a sejt mélyébe, és az elektronmikroszkóp képernyőjén megjelenik az ergasztoplozma jellegzetes képe.
Az elektronmikroszkópos vizsgálatok több olyan sejtféleségben is kimutatták a szemcsés EH jelenlétét, ahol fénymikroszkóppal ez nem volt lehetséges, így jellegzetes elhelyeződésű és felépítésű szemcsés EH-t írtak le a kötőszöveti plazmasejtekben, a pajzsmirigy hámsejtjeiben, a prosztata sejtjeiben stb. A szemcsés EH változatos megjelenési formája azzal állhat összefüggésben, hogy a hozzá csatlakozó riboszómák révén a fehérje természetű citoplazmatermékek (elsősorban váladék) képzésében játszik szerepet. Éppen ezért a fehérje természetű váladékot képző sejtek gazdag szemcsés EH-ja természetesnek könyvelhető el. Ilyen értelemben az sem meglepő, hogy a fehérjeszintézisben beálló zavar vagy intenzitás-csökkenés esetén az előzőleg gazdag szemcsés EH-val rendelkező sejtek elveszítik bazofil jellegüket.
Már régóta ismeretes, hogy fokozott ingerlés, például stressz alkalmával az idegsejtek szemcsés EH-ja láthatatlanná válik.
AZ EH BIOKÉMIAI ELEMZÉSE
nagy nehézségbe ütközik, mivel e sejt alkotórészének tisztán való elkülönítése jelenleg még nem lehetséges. A differenciál-ultracentrifugálásos sejtfrakcionálás módszerének bevezetésével lehetővé vált az EH-nak valamelyes szétválasztása a citoplazma többi alkotórészétől. Az eljárással négy különböző sejtfrakciót tudnak nyerni. Lassú centrifugálással először a sejtmagvak ülepednek le; a sejtmag-frakció eltávolítása után a centrifugálást továbbfolytatva a mitokondriumok válnak külön; a mitokondrium-frakció nyerése után igen gyors centrifugálással egy mikroszóma-frakciónak nevezett üledéket lehet nyerni. A megmaradt rész az oldható frakció. A mikroszóma-frakciót elektronmikroszkóppal vizsgálva megállapították, hogy benne a legfontosabb részek éppen az EH elemei és a riboszómák.
Ugyanakkor a mikroszóma-frakció biokémiai analízise azt mutatta, hogy az nagymennyiségű RNS-t és foszfolipidet tartalmaz. Ezek mellett természetesen jelen vannak a különböző enzimek, amelyek az EH alkotóelemeinek biokémiai funkcióival lehetnek kapcsolatban.
Jóllehet sem a szemcsementes, sem a szemcsés EH sejtélettani szerepét teljes egészében nem ismerjük, szükségesnek látjuk e szerkezeti elemek bizonyított és feltételezett funkcióinak a felsorolását.
Az EH a váz szerepét töltheti be azáltal, hogy elhatárolja egymástól az alapcitoplazmát a membránokon belüli tértől.
Feltételezhető, hogy az EH aktív szerepet játszik a sejten belüli anyagszállításban. Erre utal elsősorban az, hogy felépítése szerint sejten belüli keringési rendszerhez hasonlítható, minthogy nemcsak behálózza az egész citoplazmát, hanem ugyanakkor kapcsolatban áll egyrészt a sejtmaghártyával, másrészt pedig a sejthártyával.
A harántcsíkolt izomrostokban jelenlevő EH-nak szerepe van az ingerületvezetésben a rost belsejében. Kísérleti megfigyelések azt bizonyítják, hogy az izomrostok hártyája felől a rost mélyebb részeibe az ingerületet az említett hálózat vezeti.
Mivel az EH hártyáihoz sokféle enzim kapcsolódik, kétségtelennek látszik, hogy az EH nagy felületet képviselő hártyái a szteroidok és a foszfolipidek anyagcseréjének fontos helyei. Ugyanakkor lényeges a szemcsés EH-nak a fehérjeszintézisben betöltött szerepe. Eddigi ismereteink szerint azoknak a fehérjéknek a szintézisénél, amelyek a sejtbe beépülnek és amelyeket a sejt felhasznál, kizárólag az alapcitoplazmában helyet foglaló riboszómák vesznek részt, viszont az úgynevezett exportfehérjéket (szérumfehérjék, tropo-kollagén, a különböző váladékszemcsék stb.) a szemcsés EH elemeihez kapcsolódó riboszómák állítják elő és juttatják közvetlenül az EH üregeibe. Az export-zsírok képzésénél és más anyagcsere folyamatoknál a szemcsementes EH jut szerephez.
Bár az EH élettani jelentőségének felderítésén a jövő kutatóinak még igen sokat kell fáradozniuk, azt kell mondanunk, hogy az A. Claude és mások által újszerű technikával végzett jelentős kutatások sok mindent tisztáztak abból, amit néhány évtizeddel ezelőtt még csak nem is sejtettek.
Egyre elterjedtebb jelenség egyébként, hogy a tudósok más tudományokból kölcsönvett módszereket, alaptechnikákat alkalmaznak saját kutatásaikban. Az X-sugarak és a Röntgen-készülék nélkül ma már szinte elképzelhetetlen az orvosi diagnosztika. És állíthatjuk, hogy a biológiai kutatásoknak ugyanilyen lendületet adott az elektronmikroszkóp alkalmazása. Segítségével jobban láthatóvá váltak a sejt alkotóelemei, új elemeket fedeztek fel. Logikus és összefüggő információk hatalmas halmazának jutottunk birtokába, amely azt mutatja, hogy a sejt: komplex szerveződés, belsejében rendezett munkamegosztás figyelhető meg – minden elem apróka gép, meghatározott funkcióval. Ezeket ismerve a nem is olyan távoli jövőben kideríthető, hogyan végezhetők – jobban és hatékonyabban, mint ma – „javítások” az emberi szervezet még sokkal bonyolultabb gépezetében. Fény derült a szervezet működése számos zavarának, hibájának miértjére. Tökéletesen ismertek egyes örökletes betegségek. A fő betegségek, amelyek nagy szenvedéseket, gazdasági veszteségeket okoznak (a rák, az érrendszer betegségei, az elmebajok) – degeneratív megbetegedések, a sejtek, illetőleg a sejtalkatrészek működésének zavarai.
Természetes, hogy a gyógyítás első feltétele a megzavart struktúrák és mechanizmusok ismerete, mindenekelőtt azoké, amelyek fenntartják a sejtállomány számbeli és működési egyensúlyát. Ma a sejt felépítéséről és működéséről összehasonlíthatatlanul többet tudunk, mint azelőtt. Az ismeretek birtokában rá lehet majd térni számos betegség terapeutikájának kidolgozására – ez jelentheti az idén díjazott tudósok sejtbiológiai felfedezéseinek fő gyakorlati eredményét.
Megjelent A Hét V. évfolyama 43. számában, 1974. október 25-én.