Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină - 2009 • Petr Petrov • Știri despre "Elemente" • Premii Nobel, Medicină, Genetică

Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină – 2009

Câștigătorii Premiului Nobel pentru Fiziologie și Medicină pentru 2009 (de la stânga la dreapta): Elizabeth Blackburn, Carol Grader și Jack Shostak. Fotografii de pe site-urile nihrecord.od.nih.gov, www.chronicle.pitt.edu, www.knaw.nl

Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină din 2009 a fost acordat Elizabeth Blackburn, Carol Grader și Jack Shostak "pentru a descoperi cum telomerii și enzima telomerazei protejează cromozomii". Mecanismul de protecție a cromozomilor de scurtare în timpul fiecărei diviziuni a fost anticipat pentru prima dată în 1971 de către Alexey Matveevich Olovnikov; mai târziu, construcțiile sale teoretice au fost confirmate în practică de experienti care au fost onorați cu acest Premiu Nobel. Telomerele joacă un anumit rol în schimbările legate de vârstă ale celulelor și ale întregului organism și în dezvoltarea bolilor maligne. Studiile suplimentare despre dinamica lor și despre principiile activității enzimei telomerazice care le extind pot ajuta la găsirea de noi modalități de combatere a îmbătrânirii și a cancerului.

Premiul pentru fiziologie și medicină din nou anul acesta, pentru a treia oară, va fi împărțit de trei oameni de știință. Ea este premiată Pentru descoperirea modului in care telomerii si enzima telomeraza protejeaza cromozomii, ("Pentru descoperirea cromozomilor sunt protejate de telomeres și de enzima telomerază"). Pionierii telomerazei și mecanismul de protecție a cromozomilor împotriva scurgerii oferite acestor enzime trăiesc și lucrează în Statele Unite.Acestea sunt Elizabeth H. Blackburn de la Universitatea California din San Francisco, Carol W. Greider de la Universitatea Johns Hopkins School of Medicine și Jack Shostak (Jack W. Szostak) de la Harvard Medical School (Harvard Medical School).

Elizabeth Blackburn Născut în 1948 în Australia – în Hobart, capitala Tasmaniei – într-o familie de medici. Când a fost o școală, familia sa sa mutat la Melbourne, unde Blackburn a studiat la Universitatea din Melbourne, la colegiu și la școala postuniversitară. Apoi a intrat în școala de absolvire la Cambridge și a obținut titlul de doctor. Ulterior, Blackburn a lucrat timp de doi ani la Universitatea Yale, după care (în 1978) sa mutat la Universitatea California din Berkeley, unde au fost făcute cele mai importante descoperiri legate de telomerază. În 1990, sa mutat la o altă sucursală a aceleiași uriașe universități – la Universitatea din California din San Francisco, unde lucrează încă. În plus, este angajată la Institutul Salk (Institutul Salk) din San Diego, iar din 2002 până în 2004 a lucrat la Consiliul prezidențial pentru bioetică. Excluderea sa de la acest consiliu se datorează poziției sale cu privire la chestiunea cercetării celulelor stem embrionare, ceea ce a fost nedorit pentru administrația George W. Bush, care a respins finanțarea federală pentru această cercetare crucială.În luna aprilie a acestui an, Blackburn a fost ales președinte al Asociației Americane pentru Cancer Research (Asociația Americană pentru Cercetare a Cancerului), iar anul viitor ar trebui să conducă această asociație.

Carol Grader Născut în 1961 în San Diego, California. În 1983, ea a obținut o diplomă de licență de la Universitatea din California, Santa Barbara și apoi sa mutat la Universitatea din California, la Berkeley, unde Elizabeth Blackburn a devenit consilier academic. Deja în 1985, în revista celulă Grader și articolul lui Blackburn au fost publicate, spunând despre descoperirea telomerazei. După ce a obținut doctoratul în 1987, Grader a devenit angajat al Laboratorului de la Cold Spring Harbor (Cold Spring Harbor Laboratory), iar în 1997 sa mutat la Universitatea Johns Hopkins, unde lucrează încă ca profesor. Laboratorul, condus de Carol Grader, continuă să studieze telomerii și telomerazele.

Jack Shostak Născut la Londra în 1952. Curând părinții săi s-au mutat la Montreal, unde a studiat la Colegiul Universitar McGill și în 1972 a devenit licențiat. El a obținut doctoratul în 1977 la Cornell, unde a mai rămas încă doi ani, după care sa mutat la Școala de Medicină din Harvard, unde lucrează și astăzi ca profesor în cadrul departamentului de genetică.În plus față de Harvard, Shostak este angajat al a două instituții – Spitalul General Massachusset (Spitalul General Massachusetts) și Institutul Medical Howard Hughes. În plus față de descoperirea telomerazei, Shostak a fost primul care a sintetizat cromozomii artificiali de drojdie. Crearea unor astfel de cromozomi artificiali a găsit o aplicare largă în cartografierea genelor animale, inclusiv a oamenilor, și în dezvoltarea tehnologiilor de inginerie genetică. În prezent, Laboratorul Shovak Harvard se ocupă în primul rând de aspecte legate de originea vieții și lucrează la o sinteză artificială a celulelor vii.

Telomerele – secțiunile finale ale cromozomilor constând în secvențe de nucleotide repetate – au fost descoperite în anii 50 ai secolului XX. Telomerele pot fi văzute chiar și cu un microscop luminos: pregătirea pentru divizarea sau împărțirea celulelor poate fi colorată, astfel încât telomerii să difere în culoare față de părțile centrale ale fiecărui cromozom. Telomerele sunt prezente numai în eucariote (organisme cu celule din nucleu), în timp ce în bacterii și în arhaică cromozomii sunt închise într-un inel și nu au un telomer. Aceste secțiuni finale ale cromozomilor nu conțin gene: informațiile înregistrate pe telomeres nu pot fi citite pe RNA mesager și nu codifică nimic.De fapt, există foarte puține informații în telomeres, deoarece ele constau în repetarea secvențelor identice ale mai multor nucleotide. Aceste secvențe sunt destul de monotone. În special, în toate vertebratele, precum și în multe ciuperci și antistri, aceasta este întotdeauna CTSTA, iar în plantele superioare, aparent, întotdeauna CCTSTAAA.

Alexey Matveevich Olovnikov, membru al Institutului de Fizică Biochimică al Academiei de Științe din Rusia, a formulat în 1971 un concept teoretic care sugera existența unei enzime descoperite la începutul anilor optzeci de Carol Grader și Elizabeth Blackburn și le-a numit telomerază. Studiile privind această enzimă, efectuate în laboratoarele Blackburn și Shostak, au confirmat valabilitatea unui număr de concluzii teoretice ale lui Olovnikov. Fotografie de la moikompas.ru

La început, funcțiile telomerilor erau necunoscute, iar secvența nucleotidelor lor nu era cunoscută nici. La sfârșitul anilor cincizeci, enzima ADN polimerază a fost descoperită, oferind o dublare a moleculelor de ADN. Pentru a incepe sa lucreze, aceasta enzima trebuie sa se alature unui primer sintetizat de o alta enzima – un fragment de ARN scurt sedindu-se pe un lant ADN care este ulterior eliminat.În acest caz, ADN polimeraza se poate deplasa de-a lungul lanțului ADN numai într-o singură direcție – de la capătul 5 'la capătul 3'. Ca rezultat, ADN polimeraza nu poate copia complet întreaga moleculă de ADN: ar trebui să existe un fragment necopiat pe unul dintre capetele la care este atașat. Acest lucru a fost observat pentru prima oară, independent de celălalt, de Alexey Matveevich Olovnikov (Olovnikov AM 1971. Principiul marginotomiei în sinteza matricei de polinucleotide // // Rapoarte ale Academiei de Științe a URSS. T. 201. p. 1496-1499; Olovnikov A.M. 1973. O teorie a marginotomiei. Copierea fragilă a modelului fenomenului Jurnalul de biologie teoretică. V. 41. P. 181-190) și James Watson (Watson J.D. 1972. Originea ADN-ului T7 concatemeric // Natura Nouă Biologie. V. 239. P. 197-201). Sa dovedit că cromozomii ar trebui să fie scurtați cu fiecare diviziune celulară datorită secțiunilor finale nereplicate. Watson a sugerat cum ar trebui rezolvată această problemă în bacteriofagii, ale căror ADN nu este de asemenea închis într-un inel, iar Olovnikov a descris modul în care poate fi rezolvat în eucariote și a prezentat o ipoteză despre existența unei enzime capabile de a adăuga secvențe repetitive la sfârșitul cromozomului. El a sugerat, de asemenea, că reglarea acestei enzime poate juca un rol-cheie în îmbătrânirea organismului (datorită scurgerii treptate a secțiunilor de capăt cromozomiale ale celulelor,care trebuie separat doar de un număr limitat de ori) și că problemele din mecanismul unei astfel de reglementări pot fi cauza divizării necontrolate a celulelor tumorale maligne.

Curând, secvențele repetate au fost descoperite într-adevăr în telomerii unor organisme. Experimentele efectuate în laboratorul lui Jack Shostak de la Școala de Medicină de la Harvard au arătat că fragmentele ADN străine încorporate în celulele de drojdie se pot dubla, dar, spre deosebire de ADN-ul propriu al drojdiilor, ele nu există în divizarea celulelor pentru mult timp. Elizabeth Blackburn, fiind un student absolvent în Cambridge, a stăpânit tehnicile de secvențiere a ADN-ului dezvoltat la acel moment (citirea secvenței de nucleotide) și a găsit ulterior la Yale care secvență a fost repetată la capetele cromozomilor la ciliat Tetrahymena thermophila (TSTSTSTSAA). După ce sa întâlnit la o conferință în 1980, Shostak și Blackburn au conceput un experiment comun, rezultatele căruia au indicat că telomerii proteja propriii cromozomi ai drojdii de degradare în timpul diviziunii celulare repetate. Cercetatorii au atasat fragmente cu o secventa nucleotidica repetata gasita in ciliate,la fragmente mici de ADN străin și a încorporat moleculele în celulele de drojdie. Astfel de molecule s-au dublat cu succes în celulele de drojdie, împreună cu cromozomii proprii de drojdie, iar la capetele lor au ajuns la o secvență nucleotidică repetitivă, caracteristică propriilor telomeri ai drojdii. Publicarea acestor rezultate în jurnal celulă a fost prima lucrare care a arătat experimental rolul protector al telomerilor.

Partea finală a cromozomului este telomerii (telomerii). Fiecare cromozom (cromozom) conținut în nucleul celulei (celulă), înainte de diviziunea celulară este reprezentat de două jumătăți identice – cromatide, fiecare dintre ele bazându-se pe o moleculă de ADN pliată foarte lung dar compact, la fiecare capăt a căreia există secțiuni de secvențe duplicate. Aceste secțiuni terminale sunt telomeres. Când se pregătește divizarea, atunci când cromatidele se dublează, capetele fiecărui cromozom ar fi întotdeauna scurtate (mecanismul de dublare a ADN-ului nu permite copierea acestora) dacă enzima telomerazei nu crește secvențele repetate noi la capete. Ilustrație din site-ul revistei natură (Www.nature.com)

Shostak și Blackburn, în urma lui Olovnikov, au sugerat că acumularea telomerilor este asigurată de o anumită enzimă. A început căutarea acestei enzime. În 1984, Carol Grader, care a fost apoi student și a lucrat sub conducerea lui Elizabeth Blackburn, a reușit să-l identifice pentru prima dată. Un articol, de asemenea, publicat în celulă, Grader și Blackburn au descris mai întâi proprietățile enzimei descoperite de ei și l-au numit telomerază. Studiind această enzimă, au găsit un fragment de ARN care face parte din el, pe matricea căreia s-au sintetizat secvențe de nucleotide repetate, care sunt adăugate de telomerază în regiunile terminale ale cromozomilor. Această descoperire a fost descrisă într – un articol publicat în natură.

Schema enzimei telomerazei (telomerazei). Enzima crește porțiunile finale ale cromozomilor, adăugându-le aceleași secvențe de nucleotide. Acest proces include două etape alternative: (A) alungire, adică alungire, și (B) translocație, adică mișcare. În timpul alungirii, partea finală a lanțului ADN este legată de șablonul ARN (șablonul ARN), care face parte din enzimă și este extins de nucleotidele atașate la acesta, complementare regiunii libere a matricei.În timpul translocării, molecula ADN este deplasată cu mai multe nucleotide, eliberând din nou o porțiune din șablonul ARN, iar ciclul se repetă. În același timp, numai un lanț ADN este extins, dar complexul altor enzime, care are la bază ADN polimeraza, completează bdesprepartea cea mai mare a celui de-al doilea lanț. Numai o mică "coadă" la sfârșitul ei rămâne singură. Dacă nu era vorba de telomerază, astfel de cozi ar scurta lungimea ADN-ului dublu catenar, fiecare dublând-o, și orice cromozom va fi scurtat cu fiecare diviziune celulară. Imagine de la barleyworld.org

Studiile ulterioare efectuate în laboratoarele Blackburn și Shostak au arătat că celulele care lipsesc, mai devreme sau mai târziu, de telomerază, se opresc divizând și mor. Multe tipuri de celule canceroase, în schimb, au o activitate crescută a telomerazei, care contribuie la diviziunea lor necontrolată și la formarea de tumori maligne. După cum a sugerat Olovnikov, telomerele s-au dovedit a fi un instrument important pentru reglarea atât a îmbătrânirii cât și a apariției cancerului. În prezent, medicamentele au fost dezvoltate și sunt testate, ceea ce ar putea permite combaterea mai multor forme de cancer prin suprimarea activității telomerazei în celulele canceroase.

Dezvoltarea disceratozelor congenitale (dyskeratoza congenita), o boală ereditară rară care cauzează îmbătrânirea prematură a pielii, este, de asemenea, asociată cu activitatea telomerazei. Simptomele acestei boli sunt asociate cu tulburări în reglarea lungimii telomerilor. Discheroza congenitală nu este încă capabilă să se vindece, dar cercetările ulterioare ar putea permite găsirea unor modalități de stopare a dezvoltării acesteia.

Deși principiul general al operării telomerazei este deja clar, multe detalii importante rămân să fie clarificate, în special, mecanismele de reglementare care împiedică telomerii să se extindă pe termen nedefinit și să determine reducerea lor în celulele îmbătrânite. În ceea ce privește rolul telomeres în îmbătrânire, multe sunt încă neclare aici, deși o reducere a lungimii lor este într-adevăr caracteristică celulelor eucariote îmbătrânite.

Potrivit testamentului lui Alfred Nobel, nu mai mult de trei oameni de știință pot împărți fiecare premiu. Este păcat că Olovnikov, care și-a prezis descoperirea, nu a fost printre cei care au primit acest premiu. În același timp, Blackburn, Grader și Shostak, care și-au dedicat mulți ani studiilor experimentale de succes ale telomerilor și telomerazelor, merită, fără îndoială, acest premiu.

În acest an, primul premiu Nobel a fost împărțit de două femei. Printre cei care explorează astăzi telomeres, există un număr neobișnuit de mare de femei. Este posibil ca aceasta să nu fie o coincidență: exemplul lui Elizabeth Blackburn și al lui Carol Grader, care au descoperit telomerază și au descoperit structura acestei enzime, inspiră și alte femei să continue cercetarea în acest domeniu.

Principalele surse:
1) Alison Abbot. Protecția cromozomilor scoate Nobel // Noutăți despre natură. Publicat online 7 octombrie 2009.
2) Gretchen Vogel. Trei americani câștigă fiziologia sau medicina Nobel // ScienceNOW Daily News. Publicat online 5 octombrie 2009.
3) Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină 2009 (postat pe site-ul Web al Comitetului Nobel).

Cm. De asemenea:
1) S-a găsit un remediu împotriva diviziunii nesfârșite a celulelor canceroase, "Elements", 08.04.2005.
2) Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină – 2008, "Elemente", 09.10.2008.

Petr Petrov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

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