МАККИННОН, РОДЕРИК

МАККИННОН, РОДЕРИК (Mackinnon, Roderick) (р. 1956) (США). Нобелевская премия по химии, 2003 (совместно с П.Эгром).

Родился в г. Барлингтоне (Массачусетс). Родители с семьей из 7 детей переехали в пригород Бостона. Ходил в школу и рос типичным подростком из пригорода. Родители не имели никакого отношения к науке и он не знал ни одного ученого, однако у него рано проявился интерес к знаниям. Посещал воскресную школу, т.к. мог брать оттуда домой микроскоп и рассматривать в нем множество удивительных вещей.

В 1974 поступил в университет Брендейса в Бостоне. Закончил в 1978 с дипломом бакалавра. В годы учебы работал в лаборатории доктора Кристофера Миллера над проблемой кальциевых каналов.

Затем учился в университете Тафта, где получил степень магистра (1982). Намеревался стать врачом-практиком и до 1986 стажировался в Бет-Израель-госпитале, однако в 30 лет решил целиком посвятить себя науке и вернулся к своему университетскому наставнику Миллеру в университет Брендейса. Специализировался в области биохимии токсинов скорпиона и ионных каналов и сыграл решающую роль в выборе Маккинноном научного направления. Он пробудил в нем интерес к биохимической стороне проблемы ионных каналов, которая традиционно считалась областью исследования биофизиков.

Изучая работы классиков в этой области А.Ходжкина и А.Хаксли (Нобелевские лауреаты по физиологии или медицине, 1963), а также Б.Хилле и К.Армстронга Маккиннон пришел к в выводу, что ему нужна более фундаментальная подготовка в области мембранологии, для чего в 1989 он перешел на кафедру нейробиологии Гарвардской медицинской школы, где был сначала ассистентом, затем ассоциированным и, наконец, полным профессором. В 1996 стал профессором молекулярной биологии и биофизики университета Рокфеллера. Все эти годы он исследовал проблемы, связанные с функционированием калиевого ионного канала.

Живые клетки разделены между собой липидным бислоем мембраны. Липидный бислой непроницаем для воды, ионов и других полярных частиц. Внутри клеток есть мембраны, отделяющие их органеллы – ядро, митохондрии и хлоропласты. Еще в 1890 В.Оствальд на основе экспериментов с коллоидальными мембранами высказал предположение, что электрический ток в живых тканях может появляться в результате движения ионов через мембраны. В начале 20 в. было показано, что мембранный потенциал имеет электрохимическую природу, в результате чего Л.Михаэлис предположил (1925), что, возможно, существуют ионные каналы.

Исследования по ионному переносу Ходжкина и Хаксли оформились в результате в новую область знаний – нейрофизиологию, которая базируется на основной идее о существовании ионных каналов для катионов калия и натрия. Вещества внутрь клетки переносятся посредством мембранных насосов типа Na⁺,K⁺ АТФазы, открытой в 1957 Й.Скоу (Нобелевский лауреат по химии) через каналы, специфические для разных частиц. Сложилась центральная концепция нейрофизиологии о быстром ионном переносе ионной селективности и инактивации ионных каналов, однако молекулярный механизм действия ионных каналов оставался неизвестным.

Маккиннон понял, что для решения вопроса о механизме действия калиевого канала ему нужно изучить способы кристаллизации белков и метод их рентгеноструктурного анализа, и только тогда можно получить информацию о пространственном строении протеина калиевого канала. В 1998 смог закристаллизовать протеин, являющийся калиевым ионным каналом (KcsA K⁺ канал) бактерии Streptomyces lividans, что дало ему возможность установить (методом рентгеноструктурного анализа) его детальную трехмерную структуру. Этот белок состоит из 4 субъединиц, имеющих альфа-спиральное строение, с полостью в центре, через которую и переносится катион калия. Изображение белка появилось на обложке журнала «Science», редакция которого посчитала открытие Маккиннона одним из 10 выдающихся научных достижений 1998. Далее на основе многочисленных данных, накопленных наукой о функционировании калиевого канала, Маккиннон объяснил, каким образом изменение конформации этого белка осуществляет процесс ионного переноса.

Достижения Маккиннона предоставляют новые возможности для фундаментальных биохимических и биофизических исследований функций ионных каналов в целом и служат прочной основой понимания на молекулярном уровне многих заболеваний нервной системы, мышц и сердечно-сосудистой системы, открывают, наконец, перспективы поиска новых лекарств.

Параллельно развивались исследования по установлению структуры родственных)по функции) белков. Так, достигнут существенный прогресс в изучении канального белка, селективного для хлорид-ионов. Данные рентгеноструктурного анализа и электронной кристаллографии позволили больше узнать об ацетилхолиновом рецепторе.

В 1999 Маккиннон награжден (вместе с Б.Хилле и К.Армстронгом) премией Ласкера за фундаментальное исследование в медицине, а в 2000 – премией Льюиса Розенталя. В том же году избран членом Национальной академии наук США.

В 2003 ему вместе с П.Эгром присуждена Нобелевская премия «за открытия, связанные с ионными каналами в клеточных мембранах: за изучение структуры и механизма действия ионных каналов».

Работы: Doyle D., Cabral J., Pfuetzner R., Kuo A., Gulbis J., Cohen S., Chait, B. and MacKinnon R. The structure of the potassium channel: Molecular basis of K⁺ conduction and sensitivity, Science, (1998); Zhou Y., Morais-Cabral J.H., Kaufman A. and MacKinnon, R. Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K⁺ channel-Fab complex at 2.0 Å resolution, Nature, 414, (2001b); Jiang Y., Lee A., Chen J., Cadene M., Chait B. T. and MacKinnon R. The open pore conformation of potassium channels, Nature, 417, (2002b); Jiang Y., Lee A., Chen J., Ruta V., Cadene M., Chait B.T. and MacKinnon R. X-ray structure of a voltage-dependent K⁺ channel, Nature, 423, (2003).

Кирилл Зеленин