2009 yılında Fizyoloji ve Tıp alanında Nobel Ödülü kazananlar (soldan sağa): Elizabeth Blackburn, Carol Grader ve Jack Shostak. Nihrecord.od.nih.gov sitesinden fotoğraflar, www.chronicle.pitt.edu, www.knaw.nl
Fizyoloji ve Tıp alanında 2009 Nobel Ödülü, Elizabeth Blackburn, Carol Grader ve Jack Shostak'a "telomerlerin ve telomeraz enziminin kromozomları nasıl koruduğunu keşfettiği için" verildi. Kromozomları her bölme sırasında kısaltmak için mekanizma ilk olarak 1971'de Alexey Matveevich Olovnikov tarafından tahmin edildi; Daha sonra teorik yapıları, bu Nobel Ödülü ile onurlandırılan deneyciler tarafından uygulamada doğrulandı. Telomerler, hücrelere ve tüm organizmaya ve malign hastalıkların gelişimine ilişkin yaşa bağlı değişiklikler konusunda belirli bir rol oynar. Dinamikleri ve bunları uzatan telomeraz enziminin çalışma prensipleri ile ilgili daha fazla çalışma, yaşlanma ve kanserle mücadele için yeni yollar bulmaya yardımcı olabilir.
Bu yıl fizyoloji ve tıp alanında ödül, üst üste üçüncü kez, üç bilim adamı tarafından paylaşılacak. O ödüllendirildi "Telomerlerin ve enzim telomerazın kromozomları nasıl koruduğunun keşfi için" ("Kromozomların keşfi için telomer ve enzim telomeraz ile korunmaktadır"). Telomerazın öncüleri ve bu enzimlere sağlanan kısalmaya karşı kromozom korumasının mekanizması Amerika Birleşik Devletleri'nde yaşamakta ve çalışmaktadır.Bunlar San Francisco'daki California Üniversitesi'nden (California San Francisco) Elizabeth H. Blackburn, Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi'nden Carol W. Greider ve Jack Shostak (Jack) Harvard Tıp Fakültesi (Harvard Tıp Fakültesi).
Elizabeth Blackburn 1948'de Avustralya'da doğdu – Tazmanya'nın başkenti olan Hobart'ta doktorlar ailesinde. Bir kız öğrenci olduğu zaman, ailesi Blackburn'un üniversite ve yüksekokulda Melbourne Üniversitesi'nde okuduğu Melbourne'ye taşındı. Ardından Cambridge'de yüksek lisans okuluna girdi ve doktora derecesini aldı. Daha sonra, Blackburn, Yale Üniversitesi'nde iki yıl çalıştı, daha sonra (1978) Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'ne gitti ve burada telomeraz ile ilgili en önemli keşifler yapıldı. 1990 yılında, aynı büyük üniversitenin başka bir şubesine – San Francisco'da bulunan California Üniversitesi'ne – halen çalıştığı bir yere taşındı. Ayrıca, San Diego'daki Salk Enstitüsü'nün (Salk Enstitüsü) bir çalışanı ve 2002'den 2004'e kadar Biyoetik Başkanlık Konseyi'nde çalıştı. Bu konseyden çıkarılması, bu önemli araştırma için federal fonları veto eden George W. Bush yönetimine hoş olmayan embriyonik kök hücre araştırmaları konusundaki tutumuna bağlanıyor.Bu yılın nisan ayında, Blackburn, Amerikan Kanser Araştırmaları Derneği (Amerikan Kanser Araştırmaları Derneği) Başkanı seçildi ve gelecek yıl bu derneği yönetmeliydi.
Carol Greyder 1961'de San Diego, Kaliforniya'da doğdu. 1983'te California Üniversitesi'nden Santa Barbara'dan lisans derecesi aldı ve daha sonra Elizabeth Blackburn'un akademik danışmanı olduğu Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'ne geçti. Zaten 1985 dergisinde hücre Telomerazın keşfinden bahseden Grader ve Blackburn'un makalesi yayınlandı. 1987 yılında doktorasını tamamladıktan sonra, Grader Cold Spring Harbor'da (Cold Spring Harbor Laboratory) Laboratuvar çalışanı oldu ve 1997'de halen profesör olarak çalıştığı Johns Hopkins Üniversitesi'ne geçti. Carol Grader tarafından yönetilen laboratuvar telomer ve telomeraz çalışmalarına devam ediyor.
Jack Shostak 1952'de Londra'da doğdu. Kısa süre sonra ailesi, McGill Üniversitesi Koleji'nde eğitim gördüğü Montreal'e taşındı ve 1972'de bir bekar oldu. Doktorasını 1977'de Cornell'de aldı ve iki yıl daha burada kalmaya devam etti. Daha sonra bugün hala genetik bölümünde profesör olarak çalıştığı Harvard Tıp Fakültesine geçti.Harvard'a ek olarak, Shostak iki kurum daha – Massachusset Genel Hastanesi (Massachussets Genel Hastanesi) ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü çalışanıdır. Telomerazın keşfine ek olarak, Shostak yapay maya kromozomlarını sentezleyen ilk kişi oldu. Bu tür yapay kromozomların oluşturulması, insanlar da dahil olmak üzere hayvan genlerinin haritalanmasında ve genetik mühendisliği teknolojilerinin geliştirilmesinde geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Halihazırda, Shovak Harvard Laboratuvarı öncelikle yaşamın kökeni ile ilgili meseleleri ele almakta ve canlı hücrelerin yapay bir sentezi üzerinde çalışmaktadır.
20. yüzyılın ellili yıllarında tekrarlanan nükleotid sekanslarından oluşan kromozomların terminal bölgeleri olan telomerler keşfedilmiştir. Telomerler, ışık mikroskobu ile bile görülebilir: bölme veya bölme için hücreler boyanabilir, böylece telomerlerin her kromozomun merkez kısımlarından rengi değişir. Telomerler, sadece ökaryotlarda (çekirdekteki hücreli organizmalar) bulunurken, bakteri ve archaeada kromozomlar bir halkada kapalıdır ve bir telomere sahip değildir. Kromozomların bu uç bölümleri gen içermez: telomer üzerine kaydedilen bilgiler mesajcı RNA'larda okunamaz ve hiçbir şeyi kodlamaz.Aslında, telomerlerde çok az bilgi vardır, çünkü bunlar birkaç nükleotitin özdeş sekanslarını tekrarlamaktan ibarettir. Bu diziler oldukça monotondur. Özellikle, tüm omurgalılarda ve birçok mantarda ve protistlerde, bu her zaman CTSTA'dır ve daha yüksek bitkilerde, görünüşe göre, her zaman CCTSTAAA'dır.
1971'de Rus Bilimler Akademisi Biyokimya Fiziği Enstitüsü'nün bir üyesi olan Alexey Matveevich Olovnikov, Carol Grader ve Elizabeth Blackburn tarafından seksenlerin başlarında keşfedilen ve onlara telomeraz denilen bir enzimin varlığını öne süren teorik bir kavram hazırladı. Blackburn ve Shostak laboratuvarlarında yürütülen bu enzimin çalışmaları, Olovnikov'un bir dizi teorik sonucunun geçerliliğini doğruladı. Fotoğraf moikompas.ru
İlk başta telomerlerin işlevleri bilinmemekte ve nükleotidlerinin dizisi de bilinmemektedir. 50'li yılların sonlarında DNA moleküllerinin iki katına çıkmasını sağlayan DNA polimeraz enzimi keşfedildi. Çalışmaya başlamak için bu enzim, başka bir enzim tarafından sentezlenen bir primer ile birleşmelidir – daha sonradan uzaklaştırılan bir DNA zinciri üzerinde oturan kısa bir RNA fragmanı.Bu durumda DNA polimeraz DNA zinciri boyunca sadece bir yönde hareket edebilir – 5'-ucundan 3'-ucuna. Sonuç olarak, DNA polimeraz tüm DNA molekülünü tamamen kopyalayamaz: takılı olduğu uçlardan birinin üzerinde kopyalanmamış bir parça bulunmalıdır. Bu ilk olarak, birbirinden bağımsız olarak, Alexey Matveevich Olovnikov tarafından (Olovnikov AM 1971) fark edildi. Polinükleotidlerin matriks sentezinde marjotomi prensibi // // SSCB Bilimler Akademisi Raporları. T. 201, sayfa 1496-1499; Olovnikov A.M. 1973. Bir marginotomi teorisi. Fenomen paterninin kırılgan kopyalanması Teorik Biyoloji Dergisi. V. 41. S. 181-190) ve James Watson (Watson J. D. 1972) Concatemeric T7 DNA'nın Kökeni Doğa Yeni Biyoloji. V. 239. S. 197-201). Kopyalanmamış uç bölümleri nedeniyle her hücre bölünmesiyle kromozomların kısaltılması gerektiği ortaya çıkmıştır. Watson, DNA'nın bir halkada kapatılmadığı bakteriyofajlarda bu sorunun nasıl çözüleceğini önerdi ve Olovnikov, ökaryotlarda nasıl çözülebileceğini anlattı ve kromozomun sonuna tekrarlayan sekanslar ekleyebilen bir enzimin varlığı hakkında bir hipotez ortaya koydu. Ayrıca, bu enzimin düzenlenmesinin organizmanın yaşlanmasında önemli bir rol oynayabileceğini (hücrelerin kromozomal uç bölümlerinin kademeli olarak kısalması nedeniyle,Bu, sadece sınırlı sayıda kez ayrılmalıdır) ve bu tür bir düzenlemenin mekanizmasındaki sorunların, kontrol edilemeyen kötü huylu tümör hücrelerine bölünmesine neden olabilir.
Çok geçmeden, bazı organizmaların telomerlerinde tekrarlayan diziler bulunmuştur. Harvard School of Medicine'de Jack Shostak laboratuvarında yapılan deneyler, maya hücrelerinde bulunan yabancı DNA fragmanlarının iki katına çıkabildiğini, ancak mayanın kendi DNA'sından farklı olarak, uzun süre bölünen hücrelerde bulunmadığını gösterdi. Cambridge'de yüksek lisans öğrencisi olan Elizabeth Blackburn, o dönemde geliştirilen DNA dizileme tekniklerine (nükleotid dizisini okuyarak) hakim oldu ve daha sonra Yale'de bulunan ve silitonun kromozomların uçlarında tekrarlanan Yale'de bulundu. Tetrahymena thermophila (TSTSTSTSAA). 1980 yılında bir konferansta bir araya gelen Shostak ve Blackburn ortak bir deney tasarladılar ve sonuçları, tekrarlanan hücre bölünmesi sırasında mayanın kendi kromozomlarını bozunmadan koruyan telomer olduğunu gösterdi. Araştırmacılar, ciliatlarda bulunan tekrarlayan bir nükleotit sekansı olan parçaları eklediler.küçük yabancı DNA parçalarına ve maya hücrelerinde molekülleri gömülü. Bu moleküller, maya hücrelerinde, maya kendi kromozomları ile birlikte başarılı bir şekilde ikiye katlandı ve uçlarında mayanın kendi telomerlerinin özelliği olan tekrarlayan bir nükleotit sekansı ile sonuçlandı. Bu sonuçların dergide yayınlanması hücre telomerlerin koruyucu rolünü deneysel olarak gösteren ilk çalışmadır.
Kromozomun uç kısmı telomerdir (telomer). Hücrenin bölünmesinde (hücre) yer alan her bir kromozom (kromozom), hücre bölünmesinden önce, her biri birbirinin kesitleri olan çok uzun ancak kompakt bir şekilde katlanmış DNA molekülüne dayanan iki özdeş yarı – kromatid ile temsil edilir. çift sekanslar. Bu uç bölümler telomerdir. Bölünmeye hazırlanırken, kromatidler ikiye katlandığında, her bir kromozomun uçları her zaman kısalırdı (telomer enzimi bunları kopyalamaya izin vermez), eğer telomeraz enzimi uçlarda yeni tekrarlanan dizileri arttırmadıysa. Dergi sitesinden örnek doğa (Www.nature.com)
Olovnikov'u takip eden Shostak ve Blackburn, telomer birikiminin belirli bir enzim tarafından sağlandığını ileri sürdü. Bu enzimi aramaya başladı. 1984 yılında, bir öğrenci olan ve Elizabeth Blackburn'un önderliğinde çalışan Carol Grader, onu ilk kez tanımlayabildi. Bir makale ayrıca hücreGreyder ve Blackburn, ilk olarak onlar tarafından keşfedilen enzimin özelliklerini tarif etmiş ve telomeraz olarak adlandırmışlardır. Bu enzimi incelediğinde, bunun bir parçası olan, tekrarlanan nükleotid dizilerinin sentezlendiği matris üzerinde bir parça RNA bulmuşlardır; bunlar, telomeraz tarafından kromozomların terminal bölgelerine eklenmiştir. Bu keşif, yayınlanan bir makalede açıklandı doğa.
Enzim telomerazın şeması (telomeraz). Enzim, kromozomların uç kısımlarını arttırır ve onlara aynı nükleotit sekanslarını ekler. Bu süreç iki dönüşümlü aşama içerir: (A) uzama, yani uzama, ve (B) translokasyon, yani hareket. Uzama sırasında DNA zincirinin uç kısmı, enzimin bir parçası olan RNA şablonuna (RNA şablonu) bağlanır ve matrisin serbest bölgesine tamamlayıcı olan, kendisine bağlanan nükleotidler tarafından uzatılır.Translokasyon sırasında, DNA molekülü birkaç nükleotit tarafından kaydırılır, tekrar RNA şablonunun bir kısmı serbest kalır ve döngü tekrarlanır. Aynı zamanda, sadece bir DNA zinciri genişlemiştir, ancak DNA polimerazına dayanan diğer enzimlerin kompleksi,yaklaşıkikinci zincirin büyük kısmı. Sonunda sadece küçük bir "kuyruk" tek iplikli kalır. Telomeraz için olmasaydı, bu tür kuyruklar, her bir çiftleme ile çift iplikli DNA'nın uzunluğunu kısaltır ve her hücre bölünmesi ile herhangi bir kromozom kısalırdı. Resim barleyworld.org
Blackburn ve Shostak laboratuarlarında yapılan diğer çalışmalar, telomeraz içermeyen hücrelerin er ya da geç ayrıldığını ve öldüğünü gösterdi. Bunun aksine birçok kanser hücresi, kontrolsüz bölünmelerine ve habis tümörlerin oluşumuna katkıda bulunan bir telomeraz aktivitesine sahiptir. Olovnikov'un önerdiği gibi, telomerlerin hem yaşlanmayı hem de kanser oluşumunu düzenlemede önemli bir araç olduğu ortaya çıktı. Halihazırda, kanser hücrelerinde telomeraz aktivitesini baskılayarak bir takım kanser türleriyle savaşmaya izin verebilen ilaçlar geliştirilmekte ve test edilmektedir.
Ciltte erken yaşlanmaya neden olan nadir bir kalıtsal hastalık olan konjenital diskaeratozun (dyskeratosis congenita) gelişimi de telomerazın çalışmasıyla ilişkilidir. Bu hastalığın semptomları telomer uzunluğu regülasyonunda bozukluklarla ilişkilidir. Konjenital dyskeratoz henüz iyileşememektedir, ancak daha ileri araştırmalar gelişimini durdurmanın yollarını bulmaya izin verebilir.
Telomeraz operasyonunun genel prensibi zaten açık olsa da, özellikle telomerlerin süresiz olarak genişlemesini ve yaşlanan hücrelerde azalmalarını belirleyen düzenleyici mekanizmalar açıklığa kavuşturulmaya devam etmektedir. Yaşlanmada telomerlerin rolüne gelince, buradaki uzunluğun azalması gerçekten de yaşlanan ökaryotik hücrelerin karakteristiğidir.
Alfred Nobel'in vasiyetine göre, her bir ödülü üçten fazla bilim insanı ayıramaz. Keşfini öngören Olovnikov'un bu ödülü alanlardan biri olmaması üzücü. Aynı zamanda uzun yıllar boyunca telomer ve telomeralar üzerine başarılı deneysel çalışmalara adanmış olan Blackburn, Grader ve Shostak, bu ödülü hak ediyor.
Bu yıl, ilk Nobel Ödülü iki kadın tarafından paylaşıldı. Bugün telomerleri araştıranlar arasında, alışılmadık sayıda kadın var. Bu bir tesadüf değildir: Telomerazı keşfeden ve bu enzimin yapısını keşfeden Elizabeth Blackburn ve Carol Grader'ın örneği, bu alanda araştırma yapmaya devam etmek için diğer kadınlara ilham kaynağı olmuştur.
Ana kaynakları:
1) Alison Abbot. Kromozom koruma kepçeleri Nobel // Doğa haberleri. Çevrimiçi yayın tarihi 7 Ekim 2009.
2) Gretchen Vogel. Üç Amerikalı Fizyoloji veya Tıp Nobel kazanır // ScienceNOW Günlük Haberler. Çevrimiçi Ekim 5 Ekim 2009.
3) Fizyoloji veya Tıp 2009 Nobel Ödülü (Nobel Komitesi'nin internet sitesinde yayınlayın).
Cm. Ayrıca:
1) Kanser hücrelerinin sonsuz bölünmesine karşı bir çare buldu, "Elementler", 08.04.2005.
2) Fizyoloji ve Tıpta Nobel Ödülü – 2008, “Unsurlar”, 09.10.2008.
Petr Petrov