Przyznano Nagrodę Nobla z medycyny i fizjologii

Pierwsi laureaci Nagrody Nobla 2009 /AFP

Galeria

Laureaci Nobla 2009 z medycyny (24 zdjęcia)

Nagrodę przyznano trojgu naukowców, którzy wyjaśnili, w jaki sposób zawierające dane genetyczne chromosomy mogą być kopiowane przy każdym podziale komórki i w jaki sposób informacja genetyczna jest zabezpieczona przed uszkodzeniem.

Kluczową rolę pełnią znajdujące się na końcach chromosomów specyficzne sekwencje DNA - telomery oraz telomeraza, enzym tworzący telomery. Może to pomóc w zrozumieniu mechanizmów niektórych chorób oraz opracowaniu nowych metod leczenia.

Cały nasz genom, informacje o budowie i indywidualnych cechach organizmu, zawarty jest w mających postać długich nici cząsteczkach DNA. Nici te są zwinięte w specyficzny sposób, tworząc chromosomy. Jak odkryli Elizabeth Blackburn i Jack Szostak, telomery chronią nić DNA przed uszkodzeniem. Z kolei Carol Greiner i Elizabeth Blackburn zidentyfikowali telomerazę, enzym wytwarzający telomery.

Gdy telomery ulegają skróceniu, komórki się starzeją. Za to przy wysokiej aktywności telomerazy długość telomerów się nie zmienia, a starzenie komórek ulega spowolnieniu. Tak jest w przypadku komórek nowotworowych, obdarzonych pewnego rodzaju "nieśmiertelnością". Są też choroby, w których z powodu wadliwie działającej telomerazy dochodzi do uszkodzenia komórek.

Po raz pierwszy na telomery zwrócono uwagę w latach 30-tych XX wieku - Hermann Muller i Barbara McClintock zaobserwowali, że struktury te wydają się chronić chromosomy przed zlepianiem się. Podejrzewali, że mogą mieć także znaczenie ochronne, choć jego mechanizm pozostawał tajemnicą.

Gdy w latach 50. minionego wieku odkryto mechanizm kopiowania genów, pojawił się kolejny problem. Przy każdym podziale komórki enzym polimeraza DNA tworzy kopie każdej z dwóch nici tworzących cząsteczkę DNA, ale nie potrafi skopiować samego końca jednej z nich. Dlatego przy każdym podziale kopia jednego z chromosomów powinna być krótsza - ale tak nie jest.

Tegorocznym noblistom udało się wyjaśnić zarówno funkcję telomerów, jak i znaleźć enzym który je kopiuje. Na początku swojej kariery naukowej Elizabeth Blackburn badając chromosomy jednokomórkowego organizmu Tetrahymena, zidentyfikowała sekwencję DNA, która powtarzała się kilkakrotnie na końcach chromosomów. Funkcja tej sekwencji - CCCCAA - nie była jasna.

W tym samym czasie Jack Szostak zauważył, że krótkie odcinki DNA - minichromosomy - wprowadzone do komórek drożdży, szybko ulegały uszkodzeniu.

Blackburn zaprezentowała swoje wyniki na konferencji w roku 1980. Zwróciło to uwagę Szostaka - wraz z Blackburn przeprowadzili kolejny eksperyment. Połączyli wyizolowaną z Tetrahymena sekwencje CCCCAA z minichromosomami i wprowadzili tak powstałe twory do komórek drożdży. Tym razem zabezpieczone telomerami minichromosomy okazały się odporne na uszkodzenia.

Późniejsze badania wykazały, że budowa telomerów jest podobna u wielu gatunków - zarówno człowieka, jak i ameby.

Carol Greider, która pod opieką Blackburn rozpoczynała karierę naukową, udało się odkryć w roku 1984 aktywność telomerazy - enzymu, który potrafi odtwarzać telomery. Składa się on z białka i cząsteczki RNA, kodującej sekwencję CCCCAA. Telomeraza jest jak fabryka, produkująca telomery, przy czym RNA stanowi plan budowy, a białko zajmuje się realizacją. Dzięki wydłużaniu telomerów podczas powielania DNA polimeraza DNA ma więcej miejsca i potrafi skopiować cała informację genetyczna, obcinając tylko nie zwierający istotnych informacji kawałek ochronnego telomeru.

Badając rolę telomerów, Szostak natrafił na szczep drożdży, których telomery z powodu mutacji skracają się przy każdym podziale. W rezultacie takie drożdże mają problemy ze wzrostem i w końcu przestają się dzielić - starzeją się. Później wykazano, że prawidłowo działająca telomeraza potrafi opóźniać starzenie ludzkich komórek. Wyjaśniło się także, że sekwencja DNA typowa dla telomerów przyciąga białka, tworzące ochronną czapeczkę na delikatnym zakończeniu nici DNA.

Wielu naukowców uważa, że stopniowe skracanie się telomerów może być przyczyną starzenia się nie tylko poszczególnych komórek, ale i całego organizmu - jednak nie jedyną. Trwają badania nad tym skomplikowanym problemem.

Większość normalnych komórek nie ulega częstym podziałom, toteż ich chromosomy nie wymagają intensywnej ochrony przez telomerazę. Natomiast komórki nowotworowe, dzięki wysokiej aktywności telomerazy mogą się dzielić nieskończenie i zachować swoje telomery. Dlatego próbuje się unieczynniania telomerazy w nowotworach w celach leczniczych.

Są także choroby, spowodowane przez wadliwe działanie telomerazy - na przykład wrodzone choroby skóry i płuc czy wrodzona anemia aplastyczna, w której szpik produkuje zbyt mało komórek krwi.