Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje - 2009 m. • Petras Petrovas • Mokslo naujienos apie "elementus" • Nobelio premijos, medicina, genetika

Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje – 2009

2009 m. Nobelio premijos laureatai fiziologijos ir medicinos srityje (iš kairės į dešinę): Elizabeth Blackburn, Carol Grader ir Jackas Shostakas. Nuotraukos iš svetainių nihrecord.od.nih.gov, www.chronicle.pitt.edu, www.knaw.nl

2009 m. Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje buvo suteikta Elizabeth Blackburn, Carol Grader ir Jack Shostak "už atradimą, kaip telomerai ir telomerazės fermentas apsaugo chromosomas". Mechanizmas, skirtas chromosomų apsaugai nuo sutrumpinimo per kiekvieną padalijimą, pirmą kartą buvo numatytas 1971 m. Aleksejus Matvevičius Olovnikovas; Vėliau jo teorines konstrukcijas praktikoje patvirtino ekspertai, kuriems buvo suteikta Nobelio premija. Telomerai vaidina tam tikrą vaidmenį su amžiumi susijusių ląstelių ir viso organizmo pokyčių bei piktybinių ligų vystymosi. Tolesni jų dinamikos tyrimai ir telomerazės fermento darbo principai, išplečiantys juos, gali padėti rasti naujų kovos su senėjimu ir vėžiu būdų.

Trečią kartą iš eilės prizą fiziologijoje ir medicinoje šiais metais pasidalys trys mokslininkai. Ji yra apdovanota "Siekiant atrasti, kaip telomerai ir fermento telomerazė apsaugo chromosomas" ("Kad chromosomos atradimas būtų apsaugotas telomerais ir fermentu telomerase"). Telomerazės pionieriai ir chromosomų apsaugos mechanizmas, mažinantys šiuos fermentus, gyvena ir dirba Jungtinėse Amerikos Valstijose.Tai yra Elizabeth H. Blackburn iš Kalifornijos universiteto San Franciske (Kalifornijos universitete San Franciske), Carol W. Greider iš Johns Hopkins universiteto medicinos mokyklos ir Jacko Shostako (Džekas W. Szostak) iš Harvardo medicinos mokyklos (Harvardo medicinos mokyklos).

Elizabeth Blackburn Gimė 1948 m. Australijoje – Hobarto, Tasmansijos sostinėje, gydytojų šeimoje. Kada ji buvo moksleivė, jos šeima persikėlė į Melburną, kur "Blackburn" studijavo Melburno universitete kolegijoje ir aukštojoje mokykloje. Tada jis įstojo į Kembridžo aukštąją mokyklą ir gavo savo doktorantūrą. Vėliau Blackburn dirbo Jale universitete dvejus metus, po to (1978 m.) Ji persikėlė į Kalifornijos universitetą Berkeley, kur buvo padaryti svarbiausi su telomerazu susiję atradimai. 1990 m. Ji persikėlė į kitą tos pačios didžiulio universiteto filialą – San Francisko Kalifornijos universitetą, kur ji vis dar dirba. Be to, ji yra San Diego Salk instituto (Salk instituto) darbuotojas, o 2002-2004 m. Ji dirbo Prezidento taryboje bioetikos klausimais. Jos išskyrimas iš šios tarybos priskiriamas jos pozicijai dėl embrioninių kamieninių ląstelių tyrimų, kuri nepageidaujama Džordžo W. Busho administracijai, kuri vetavo federacinį finansavimą šiems svarbiems tyrimams.Šių metų balandžio mėn. Blackburn buvo išrinktas Amerikos amerikiečių vėžio tyrimų asociacijos prezidentu ir kitais metais turėtų vadovauti šiai asociacijai.

Carol Grader 1961 m. Gimė San Diego, Kalifornijoje. 1983 m. Ji gavo bakalauro laipsnį iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje, o vėliau persikėlė į Kalifornijos universitetą Berkeley, kur Elizabeth Blackburn tapo jos akademiniu patarėju. Jau 1985 m. Žurnale Ląstelė Greideris ir Blackburno straipsnis buvo paskelbtas, pasakojimas apie telomerazės atradimą. 1987 m. Įgijęs daktaro laipsnį, Graderas tapo laboratorijos darbuotoja Cold Spring Harbor (Cold Spring Harbor laboratorija), o 1997 m. Persikėlė į Johns Hopkins universitetą, kur ji vis dar dirba profesoriumi. Laboratorija, vadovaujama Carol Grader, toliau tiria telomerus ir telomerazę.

Jackas Shostakas Gimęs 1952 m. Londone. Netrukus jo tėvai persikėlė į Monrealį, kur mokėsi McGill universiteto koledže, o 1972 m. – bakalauro laipsniu. Jis gavo daktaro laipsnį 1977 m. Kornelyje, kur jis liko dar dvejus metus, po kurio jis persikėlė į Harvardo medicinos mokyklą, kur jis vis dar dirba šiandien kaip genetikos katedros profesorius.Kartu su Harvardu Shostak yra dar dviejų institucijų – Masačusetso bendrosios ligoninės (Masačusetseto bendrosios ligoninės) ir Howard Hugheso medicinos instituto darbuotojas. Be to, kai atrado telomerazę, Shostakas buvo pirmasis, kuris sintezė dirbtinių mielių chromosomas. Tokių dirbtinių chromosomų sukūrimas plačiai pritaikytas gyvūnų genų, įskaitant žmones, ir genetinės inžinerijos technologijų vystymui. Šiuo metu Šovako Harvardo laboratorija daugiausia nagrinėja klausimus, susijusius su gyvenimo kilme, ir dirba dirbtiniu gyvų ląstelių sinteze.

Telomerai, galutiniai chromosomų regionai, susidedantys iš kartotinių nukleotidų sekų, buvo atrasti 20-ajame dešimtmetyje. Telomerus galima matyti net ir su šviesos mikroskopu: pasirengimas skaidyti arba suskaidyti ląsteles gali būti dažomas taip, kad telomerai skiriasi spalva nuo kiekvienos chromosomos centrinės dalių. Telomerai yra tik eukariotuose (organizmuose su branduolio ląstelėmis), o bakterijos ir archeos chromosomos yra uždarytos žiede ir neturi telomero. Šiuose galutiniuose chromosomų poskyriuose nėra genų: informacija, užregistruota telomerose, nėra nuskaityta pranešimų RNR ir nieko nekoduoti.Tiesą sakant, telomerose yra daug informacijos, nes jie susideda iš kartotinių identiškų kelių nukleotidų sekų. Šios sekos yra gana monotoniškos. Visų pirma visų stuburinių, taip pat daugelyje grybų ir protistų tai visada yra CTSTA, o aukštesniuose augaluose, matyt, visada CCTSTAAA.

Aleksejus Matvejevičius Olovnikovas, personalo narys Biocheminės fizikos instituto Rusijos mokslų akademijos, 1971 m. Suformulavo teorinę koncepciją, kuri pasiūlė egzistavimą fermento, kuris 80-ųjų pradžioje buvo atrastas Carol Grader ir Elizabeth Blackburn ir pavadino juos telomerase. Šio fermento tyrimai, atlikti "Blackburn" ir "Shostak" laboratorijose, patvirtino daugelio teorinių Olovnikovo išvadų pagrįstumą. Nuotrauka iš moikompas.ru

Iš pradžių telomerų funkcijos nebuvo žinomos, o jų nukleotidų seka taip pat nebuvo žinoma. Penkiasdešimtųjų pabaigoje buvo atrasta DNR polimerazės fermentas, užtikrinant DNR molekulių padvigubėjimą. Norėdami pradėti dirbti, šis fermentas turi prisijungti prie kito fermento sintezuojamo grunto – trumpo RNR fragmento, sėdyto DNR grandinėje, kuri vėliau pašalinama.Tokiu atveju DNR polimerazė gali judėti palei DNR grandinę tik viena kryptimi – nuo 5'-galo iki 3'-galo. Dėl to DNR polimerazė negali visiškai nukopijuoti visos DNR molekulės: ant vieno iš galų, prie kurio jis yra pritvirtintas, turėtų būti neužkarpytas fragmentas. Tai pirmą kartą buvo pastebėta, nepriklausomai vienas nuo kito, Aleksejus Matvevičius Olovnikovas (Olovnikov AM 1971. Marginatomijos principas polinukleotidų sintezėje matricoje // TSRS mokslų akademijos pranešimai. T. 201. p. 1496-1499; Olovnikov A. M. 1973. Marijonomijos teorija. Trapus kopijavimas iš fenomeno modelio Teorinės biologijos žurnalas. V. 41. P. 181-190) ir James Watson (Watson J. D. 1972. Concatemeric T7 DNA Origin // Gamta naujoji biologija. V. 239. P. 197-201). Paaiškėjo, kad kiekvieno ląstelių dalijimosi metu chromosomos turėtų būti sutrumpintos dėl neperdirbtų galinių dalių. Watsonas pasiūlė, kaip ši problema turėtų būti išspręsta bakteriofagose, kurių DNR taip pat nėra uždarytas žiede, o Olovnikovas aprašė, kaip jį galima išspręsti eukariotuose, ir pateikia hipotezę apie egzistuojantį fermentą, galintį pridėti pasikartojančių sekų iki chromosomos pabaigos. Jis taip pat pasiūlė, kad šio fermento reguliavimas gali atlikti pagrindinį vaidmenį vystantis organizmui (dėl to, kad palaipsniui sutrumpėja ląstelių galūnių chromosomų dalis,kuris turėtų būti atskirtas tik ribotą skaičių kartų) ir kad tokio reguliavimo mechanizmo problemos gali būti nekontroliuojamo piktybinių navikų ląstelių pasiskirstymo priežastis.

Netrukus pasikartojančios sekos iš tiesų buvo atrastos kai kurių organizmų telomeruose. Eksperimentai, atlikti laboratorijoje Džeko Шостака prie Harvardo medicinos mokyklos, parodė, kad svetimos DNR fragmentai, įterpti į mielių ląstelių, gali būti dvigubai didesnės, tačiau, skirtingai nei mielių DNR, jie ilgai nesidalija ląstelėmis. Elžbietas Blackburnas, studijuojantis Kembridžo universitete, įsisavino tuo metu sukurtas DNR sekos nustatymo metodikas (skaitydamas nukleotidų seką) ir vėliau atrado Jale, kurio seka pakartota prie širdies ertmės chromosomų galų Tetrahymena thermophila (CZTSAA). Susipažinęs konferencijoje 1980 m., "Shostak" ir "Blackburn" sukūrė jungtinį eksperimentą, kurio rezultatai parodė, kad tai telomerai, kurie apsaugo savo chromosomos mieles nuo degradacijos pakartotinio ląstelių dalijimosi metu. Mokslininkai priskyrė fragmentus, turinčius pakartotinę nukleotidų seką, kuri randama ciliatoriuose,mažiems svetimiems DNR fragmentams ir įterpti mieles į mielių ląsteles. Tokios molekulės sėkmingai padvigubėjo mielių ląstelėse kartu su mielių savo chromosomomis, o jų galuose buvo pasikartojanti nukleotidų seka, būdinga paties mielių telomerams. Šių rezultatų publikavimas žurnale Ląstelė buvo pirmasis darbas, kuris eksperimentiniu būdu parodė apsauginį telomerų vaidmenį.

Galutinė chromosomos dalis yra telomeras (telomerė). Kiekviena chromosoma (chromosoma), esanti ląstelės (ląstelės) branduolyje, prieš ląstelių dalijimą yra dviem vienodomis pusėmis – chromatidais, kurių kiekviena yra pagrįsta viena labai ilgos, bet kompaktiškai sulankstytos DNR molekulės, kurių kiekviename gale yra sekcijų pasikartojančios sekos. Šie galiniai skyriai yra telomerai. Ruošiantis suskaidymui, kai chromatidai dvigubi, kiekvienos chromosomos galai visada sutrumpėtų (DNR padvigubinimo mechanizmas neleidžia jų kopijuoti), jei telomerazės fermentas neužaugintų naujų pasikartojančių sekų. Iliustracija iš žurnalo svetainės Gamta (www.nature.com)

Po "Olovnikovo", "Shostak" ir "Blackburn", pasiūlė, kad telomerei susikaupia tam tikras fermentas. Pradėjo ieškoti šio fermento. 1984 m. Carol Grader, kuris tada buvo studentas ir dirbo Elizabeth Blackburn vadovaujantysis, sugebėjo jį pirmą kartą identifikuoti. Taip pat paskelbtas straipsnis Ląstelė, Greideris ir "Blackburn" pirmiausia apibūdino jų aptiktų fermentų savybes ir pavadino jį telomerase. Ištyrus šį fermentą, jie rasta tam tikros dalies RNR fragmentą, kurio matricoje yra sintezės pakartotinės nukleotidų sekos, kurias telomerazė papildo chromosomų galutiniams regionams. Šis atradimas buvo aprašytas straipsnyje paskelbtame straipsnyje Gamta.

Fermento telomerazės (telomerazės) schema. Fermentas padidina galutines chromosomų dalis, pridėdamas jiems tas pačias nukleotidų sekas. Šis procesas apima du kintamuosius etapus: (a) pailgėjimas, tai yra, pailgėjimas, ir (b) translokacija, ty judėjimas. Kai pailgėjimas išlieka, DNR grandinės galinė dalis yra susijusi su RNR šablonu (RNR šablonu), kuris yra šio fermento dalis, ir jį pratęsia pridėtos nukleotidai, papildantys laisvą matricos plotą.Pertvarkymo metu DNR molekulę pakeičia keli nukleotidai, dar kartą išleidžiant dalį RNR šablono, o ciklas pakartoja. Tuo pačiu metu išplečiama tik viena DNR grandinė, bet kitų fermentų kompleksas, pagrįstas DNR polimeraze, užbaigia bapiedidesnė antros grandinės dalis. Tik maža "uodega" pačioje pabaigoje išlieka vienguba. Jei nebūtų telomerazės, tokie uodegai sutrumpintų dvigubos DNR ilgį, kiekvieną kartą jį padvigubinant, o kiekviena ląstelių dalijimas sutrumpėtų bet kokią chromosomą. Nuotrauka iš barleyworld.org

Tolesni tyrimai, atlikti "Blackburn" ir "Shostak" laboratorijose, parodė, kad ląstelės, kurioms trūksta telomerazės, anksčiau ar vėliau sustoja dalijant ir miršta. Priešingai, daugelis vėžio ląstelių tipų turi padidėjusį telomerazės aktyvumą, kuris prisideda prie jų nekontroliuojamo suskaidymo ir piktybinių navikų formavimosi. Kaip pasiūlė Olovnikovas, telomerai pasirodė esąs svarbus įrankis, reguliuojantis senėjimą ir vėžio atsiradimą. Šiuo metu yra sukurta ir išbandoma vaistų, kurie gali leisti kovoti su daugeliu vėžio formų, slopindami telomerazės aktyvumą vėžio ląstelėse.

Įgimtosios diseratozės (dyskeratosis congenita), reta paveldima liga, sukelianti priešlaikinį odos senėjimą, taip pat yra susijusi su telomerazės darbu. Šios ligos simptomai yra susiję su telomero ilgio reguliavimu. Įgimta diskeratozė dar nesugeba išgydyti, bet tolesni tyrimai gali leisti rasti būdų, kaip sustabdyti jo vystymąsi.

Nors bendras telomerazės operacijos principas jau yra aiškus, dar reikia išsiaiškinti daugelį svarbių detalių, visų pirma, reguliavimo mechanizmus, kurie neleidžia telomerejai plėstis neribotą laiką ir lemia jų senėjimo ląstelių mažėjimą. Kalbant apie telomerų vaidmenį senstant, čia vis dar neaišku, nors jų ilgio mažėjimas iš tiesų būdingas senėjimo eukariotinėms ląstelėms.

Pagal Alfredo Nobelio testamentą, kiekvienas apdovanojimas gali būti suskirstytas ne daugiau kaip trys mokslininkai. Gaila, kad Olovnikovas, kuris numatė jo atradimą, nebuvo tas, kuris gavo šį apdovanojimą. Tuo pačiu metu "Blackburn", "Grader" ir "Shostak", kurie daugelį metų skirti sėkmingam telomerų ir telomerazių eksperimentiniam tyrimui, neabejotinai nusipelno šio apdovanojimo.

Šiemet pirmąją Nobelio premiją dalijasi dvi moterys. Tarp tų, kurie šiandien tiria telomerus, yra neįprastai daug moterų. Gali būti, kad tai nėra atsitiktinumas: Elizabeth Blackburn ir Carol Grader pavyzdys, kuris atrado telomerazę ir sužinojo šio fermento struktūrą, įkvepia kitas moterys tęsti mokslinius tyrimus šioje srityje.

Pagrindiniai šaltiniai:
1) Alison Abbot. Chromosomų apsauginiai šaukštai Nobel / Gamtos naujienos. Paskelbta 2009 m. Spalio 7 d.
2) Gretchen Vogel. Trys amerikiečiai laimėjo fiziologiją ar mediciną Nobelio ScienceNOW Daily News. Paskelbta 2009 m. Spalio 5 d.
3) Nobelio premija fiziologijos ar medicinos srityje 2009 (paskelbta Nobelio komiteto interneto svetainėje).

Žr taip pat:
1) Nustatyta vaistų nuo begalinio vėžio ląstelių suskaidymo, "Elements", 2005 04 08.
2) Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje – 2008, "Elementai", 2008 10 09.

Petras Petrovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: