Сен 7, 2015 Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009 года присуждена Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку за открытие того, как теломеры и фермент теломераза обороняют хромосомы. Механизм охраны хромосом от укорачивания при каждом разделеньи был в первый раз предсказан в 1971 году Алексеем Матвеевичем Оловниковым; потом его теоретические теории имелись доказаны на практике экспериментаторами, тот или другой и удостоились данной нам Нобелевской премии.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009 года присуждена Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку за открытие того, как теломеры и фермент теломераза оберегают хромосомы. Механизм охраны хромосом от укорачивания при каждом дроблении был в первый раз предсказан в 1971 году Алексеем Матвеевичем Оловниковым; потом его теоретические учения водились доказаны на практике экспериментаторами, тот или иной и удостоились данной для нас Нобелевской премии. Теломеры играют определенную роль в возрастных конфигурациях клеток и в итоге организма и в развитии злокачественных болезней. Последующие исследования их динамики и принципов службы удлиняющего их фермента теломеразы могут сориентировать отыскать новейшие пути борьбы со старением и раком.

Премию по физиологии и медицине в этом году опять, теснее 3-ий разов попорядку, поделят трое ученых. Она присуждена за открытие того, как теломеры и фермент теломераза оберегают хромосомы (for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase). Первооткрыватели теломеразы и обеспечиваемого сиим ферментам механизма охраны хромосом от укорачивания живут и действуют в США. Это Элизабет Блэкберн (Elizabeth H. Blackburn) из Калифорнийского института в Сан-Франциско (University of California, San-Francisco), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) из Школы медицины Института Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) и Джек Шостак (Jack W. Szostak) из Гарвардской школы медицины (Harvard Medical School).

Элизабет Блэкбернродилась в 1948 году в Австралии в Хобарте, столице Тасмании, в семье лекарей. Иной раз она водилась школьницей, ее семья переехала в Мельбурн, где Блэкберн обучалась в Мельбурнском институте в институте и в магистратуре. Далее она поступила в аспирантуру в Кембридж и приобрела там ступень доктора философии. Потом Блэкберн два года функционировала в Йельском институте, после этого (в 1978 году) перебежала в Калифорнийский институт в Беркли, где и водились изготовлены ее важные открытия, связанные с теломеразой. В 1990-мтр она перебежала в иной филиал такого же большого института Калифорнийский институт в Сан-Франциско, где действует и по этот день. Не считая того, она прибывает сотрудницей Института Солка (Salk Institute) в Сан-Диего, а с 2002-го по 2004 год функционировала в составе Президентского совета по биоэтике. Ее исключение из этого совета связывают с ее позицией по вопросцу исследований эмбриональных стволовых клеток, тот или иной водилась неугодна администрации Джорджа Буша-младшего, наложившего вето на федеральное финансирование этих наиглавнейших исследований. В апреле теперешнего года Блэкберн водилась избрана президентом Южноамериканской ассоциации онкологических исследований (American Association for Cancer Research) и в должно году соответственна возглавить эту ассоциацию.

Кэрол Грейдерродилась в 1961 году в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1983 году она приобрела ступень бакалавра в Калифорнийском институте в Санта-Барбаре, после этого перебежала в Калифорнийский институт в Беркли, где ее научным управляющим стала Элизабет Блэкберн. Теснее в 1985 году в журнальчике Cell водилась размещена статья Грейдер и Блэкберн, извещавшая о открытии теломеразы. Заработав докторскую ступень в 1987 году, Грейдер стала сотрудницей Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (Cold Spring Harbor Laboratory), а в 1997 году перебежала в Институт Джонса Хопкинса, где и по этот день действует доктором. Лаборатория, возглавляемая Кэрол Грейдер, продолжает исследования теломер и теломеразы.

Джек Шостакродился в Лондоне в 1952 году. Скоро его предки переехали в Монреаль, где он обучался в институте Института Макгилла и в 1972 году стал бакалавром. Докторскую ступень он приобрел в 1977 году в Корнелле, где оставался еще два года, после этого перебежал в Гарвардскую школу медицины, где действует и сейчас, доктором отделения генетики. Кроме Гарварда, Шостак прибывает сотрудником еще 2-ух учреждений Массачусетской неспециализированной больницы (Massachussets General Hospital) и Мед института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute). Не считая открытия теломеразы, Шостак главным синтезировал искусственные хромосомы дрожжей. Творение таковых искусственных хромосом отыскало пространное использование в картировании генов животных, в том числе жителя нашей планеты, и в развитии технологий генной инженерии. В нынешнее время гарвардская лаборатория Шостака занимается сначала вопросцами, связанными с происхождением жизни, и действует над искусственным синтезом живых клеток.

Теломеры концевые участки хромосом, состоящие из циклических последовательностей нуклеотидов, водились обнаружены в пятидесятые годы XX века. Теломеры можнож узреть даже в световой микроскоп: приготовляющиеся к разделению либо делящиеся клеточки можнож окрасить эким образом, чтоб теломеры выдавались по цвету от центральных долей каждой хромосомы. Теломеры водятся лишь у эукариот (организмов, в клеточках тот или другой грызть ядро), а у микробов и архей хромосомы замкнуты в кольцо и теломер не располагают. Эти концевые участки хромосом не держат генов: записанная на теломерах информация не считывается на матричные РНК и ничего не кодирует. Фактически, инфы в теломерах держится достаточно малюсенько, ведь они состоят из циклических схожих последовательностей пары нуклеотидов. Эти последовательности достаточно монотонны. В частности, у целых позвоночных, а также у почти всех грибов и протистов это постоянно ЦЦЦТАА, а у высших растений по-видимому, постоянно ЦЦЦТААА.

Алексей Матвеевич Оловников, сотрудник Института биохимической физики РАН, в 1971 году сформулировавший теоретическую концепцию, предполагавшую существование фермента, раскрытого в начале 80-х годов Кэрол Грейдер и Элизабет Блэкберн и названного ними теломеразой. Исследования этого фермента, проведенные в лабораториях Блэкберн и Шостака, подтвердили справедливость шеренги теоретических заключений Оловникова. Фото с веб-сайта moikompas.ru

Сначала функции теломер водились неведомы, как не водилась знаменита и последовательность входящих в их состав нуклеотидов. В баста 50-х годов был обнаружен фермент ДНК-полимераза, обеспечивающий удвоение молекул ДНК. Чтоб начать функционировать, этот фермент соответствен присоединиться к синтезируемому остальным ферментом праймеру краткому сидячему на цепочке ДНК фрагменту РНК, тот или иной потом удаляется. При всем этом ДНК-полимераза может двигаться по цепочке ДНК лишь в один-одинешенек направлении от 5'-точки к 3'-баста. В итоге ДНК-полимераза не может на сто процентов скопировать всю молекулу ДНК: на один-одинешенек из точек, к тот или иной она прикрепляется, соответствен оставаться нескопированный фрагмент. На это в первый раз направили заинтересованность, самостоятельно товарищ от приятеля, Алексей Матвеевич Оловников (Оловников А.Мтр. 1971. Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов // Доклады АН СССР. Т. 201. С. 14961499; Olovnikov A.M. 1973. A theory of marginotomy. The incomplete copying of template margin in enzymic synthesis of polynucleotides and biological significance of the phenomenon // Journal of Theoretical Biology. V. 41. P. 181190) и Джеймс Уотсон (Watson J.D. 1972. Origin of concatemeric T7 DNA // Nature New Biology. V. 239. P. 197201). Доставалось, что хромосомы обязаны укорачиваться при каждом дроблении клеточки за счет некопируемых концевых участков. Уотсон представил, как эта неувязка соответственна решаться у бактериофагов, ДНК тот или другой тоже не замкнута в кольцо, а Оловников обрисовал, как она может решаться у эукариот, и выдвинул догадку о существовании фермента, способного прибавлять к баста хромосомы повторяющиеся последовательности. Он также представил, что регуляция службы этого фермента может играться главную роль в старении организма (за счет постепенного укорачивания концевых участков хромосом у клеток, тот или иной обязаны разделиться едва лишь ограниченное число разов) и что проблемы в механизме таковой регуляции могут иметься предпосылкой бесконтрольного разделенья клеток злокачественных опухолей.

Скоро в теломерах неких организмов водились вправду обнаружены повторяющиеся последовательности. Опыты, проведенные в лаборатории Джека Шостака в Гарвардской школе медицины, проявили, что чужеродные фрагменты ДНК, внедренные в клеточки дрожжей, способны удваиваться, но, в отличие от своей ДНК дрожжей, живут в делящихся клеточках недолго. Элизабет Блэкберн, имеясь аспиранткой в Кембридже, освоила разработанные на тот фактор методики секвенирования ДНК (чтения последовательности нуклеотидов) и потом в Йеле нашла, какая конкретно последовательность повторяется на баста хромосом у инфузории Tetrahymena thermophila (ЦЦЦЦАА). Встретившись на конференции в 1980 году, Шостак и Блэкберн задумали кооперативный опыт, результаты тот или иной указывали на то, что конкретно теломеры оберегают собственные хромосомы дрожжей от деградации при неоднократном дроблении клеток. Исследователи присоединили фрагменты с циклической последовательностью нуклеотидов, обнаруженной у инфузории, к маленьким чужеродным фрагментам ДНК и ввели приобретенные молекулы в дрожжевые клеточки. Этакие молекулы удачно удваивались в дрожжевых клеточках, вместе с своими хромосомами дрожжей, при этом на их баста в итоге оказывалась циклическая последовательность нуклеотидов, свойственная своим теломерам дрожжей. Публикация этих результатов в журнальчике Cell водилась главной службой, экспериментально представившей защитную роль теломер.

Концевой участок хромосомы теломера (telomere). Любая хромосома (chromosome), держащаяся в ядре (nucleus) клеточки (cell), перед дроблением клеточки представлена 2-мя схожими половинками хроматидами, в базе каждой из тот или другой лежит одна чрезвычайно длинноватая, но компактно свернутая молекула ДНК, на каждом баста тот или иной склонны участки из циклических последовательностей. Эти концевые участки и грызть теломеры. При подготовке к разделению, иной раз хроматиды удваиваются, точки каждой хромосомы постоянно укорачивались бы (механизм удвоения ДНК не дозволяет их копировать), если б фермент теломераза не увеличивал на баста новейшие повторяющиеся последовательности. Иллюстрация с веб-сайта журнальчика Nature (www.nature.com)

Шостак и Блэкберн, прямо за Оловниковым, представили, что наращивание теломер обеспечивается определенным ферментом. Начались поиски этого фермента. В 1984 году его в первый раз смогла выделить Кэрол Грейдер, прежняя тогда еще студенткой и трудившаяся под управлением Элизабет Блэкберн. В статье, также размещенной в Cell, Грейдер и Блэкберн в первый раз обрисовали характеристики раскрытого ними фермента и окрестили его теломеразой. Изучая этот фермент, они нашли входящий в его состав фрагмент РНК, на матрице тот или иной и синтезируются повторяющиеся последовательности нуклеотидов, прибавляемые теломеразой к концевым участкам хромосом. Это открытие имелось описано в статье, размещенной в Nature.

Схема службы фермента теломеразы (telomerase). Фермент увеличивает концевые участки хромосом, прибавляя к ним схожие последовательности нуклеотидов. Этот процесс включает две чередующихся стадии: (a) элонгация, другими словами удлинение, и (b) транслокация, другими словами перемещение. Во период элонгации концевой участок цепочки ДНК связан с РНК-матрицей (RNA template), входящей в состав фермента, и удлиняется за счет присоединяемых к нему нуклеотидов, комплементарных вольному участку матрицы. Во период транслокации молекула ДНК двигается на немного нуклеотидов, опять освобождая участок РНК-матрицы, и цикл повторяется. При всем этом нарастает лишь одна цепочка ДНК, но комплекс остальных ферментов, базу тот или иной сочиняет ДНК-полимераза, достраивает великую число 2-ой цепочки. Одноцепочечным остается лишь незначительный хвост в самом баста. Если б не теломераза, этакие хвосты уменьшали бы длину двухцепочечной ДНК при каждом ее удвоении, и неважно какая хромосома укорачивалась бы при каждом дроблении клеточки. Набросок с веб-сайта barleyworld.org

Последующие исследования, проведенные в лабораториях Блэкберн и Шостака, проявили, что лишенные теломеразы клеточки в какой-то момент заканчивают делиться и погибают. Почти все разновидности раковых клеток, против, владеют завышенной активностью теломеразы, что содействует их бесконтрольному разделению и образованию злокачественных опухолей. Как и подразумевал Оловников, теломеры оказались принципиальным инвентарем регуляции как старения, так и происхождения рака. В нынешнее время теснее разработаны и проходят тесты лечебные препараты, тот или иной, может быть, дозволят сражаться с близко форм рака за счет угнетения активности теломеразы в раковых клеточках.

С службой теломеразы соединено также развитие врожденного дискератоза (dyskeratosis congenita) редкого потомственного болезни, тот или другой вызывает раннее старение кожи. Симптомы данной для нас хвори соединены с нарушениями в регуляции длины теломер. Врожденный дискератоз пока не могут вылечивать, но последующие исследования могут дозволить отыскать методы останавливать его развитие.

Желая совместный принцип службы теломеразы теснее ясен, еще предстоит узнать почти все главные подробности, в частности механизмы регуляции, не дозволяющие теломерам безгранично разрастаться и определяющие их сокращение у ветшающих клеток. Что дотрагивается роли теломер в старении, тут тоже по-минувшему почти все остается мрачным, желая сокращение их длины вправду типично для ветшающих эукариотических клеток.

Сообразно завещанию Альфреда Нобеля, каждую премию могут поделить менее троих ученых. Жалко, что в число приобретших эту премию не вошел Оловников, предсказавший отмеченное ею открытие. Вкупе с тем, Блэкберн, Грейдер и Шостак, посвятившие почти все годы удачным экспериментальным исследованиям теломер и теломеразы, бесспорно, доблестны данной для нас заслуги.

В этом году одну Нобелевскую премию в первый раз в истории разделили две дамы. Посреди тех, кто изучит теломеры сейчас, дам диковинно максимум. Может быть, что это неслучайно: пример Элизабет Блэкберн и Кэрол Грейдер, обнаруживших теломеразу и выяснивших структуру этого фермента, побуждает остальных дам продолжать исследования в данной для нас области.

Источник: