Nagrody Nobla 2002

Tomasz Kobosz

W dziedzinie fizjologii i medycyny

7 października br. Komitet Noblowski przy szwedzkim Instytucie Karolinska ogłosił nazwiska tegorocznych laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. Nagrodę odbierze dwóch Brytyjczyków – Sydney Brenner i John E. Sulston oraz Amerykanin – H. Robert Horovitz, za badania nad genetyczną regulacją różnicowania komórek i organogenezy oraz za opisanie mechanizmów zaprogramowanej śmierci komórek – apoptozy. Odkrycia te miały fundamentalne znaczenie dla zrozumienia patomechanizmu wielu chorób, m.in. nowotworów.

Sydney Brenner (ur. w 1927 r., pracujący w kalifornijskim Instytucie Nauk Molekularnych w Berkeley) już na początku lat 60. ub. stulecia prowadząc badania nad różnicowaniem i rozwojem narządów, zaproponował użycie jako modelu doświadczalnego jednomilimetrowego nicienia Caenorhabditis elegans. Ten przeźroczysty, łatwy do obserwacji organizm składa się zaledwie z 1090 komórek, z których każda jest doskonale widoczna pod mikroskopem. C. elegans żyje tylko 21 dni, co umożliwia badaczom niemal natychmiastową obserwację skutków wywoływanych mutacji. Dzięki badaniom Brennera nad nicieniem, udało się ustalić rolę konkretnych genów w procesach podziału i różnicowania komórek oraz organogenezy. W 1974 r. opublikował on pracę, w której dowiódł, że chemicznie indukowane mutacje w ściśle określonych miejscach genomu odpowiedzialne są za określone, widoczne pod mikroskopem, zmiany w rozwoju narządów C. elegans.

John E. Sulston (ur. w 1942 r., założyciel Sanger Institute w Cambridge) kontynuował badania nad C. elegans. Opracował metodę pozwalającą na śledzenie losów każdej z komórek nicienia, od zarodka do osobnika dorosłego. Dzięki tym obserwacjom udowodnił, że proces dojrzewania, różnicowania i obumierania komórek przebiega dokładnie tak samo u każdego osobnika C. elegans. Apoptozie zawsze ulega 131 określonych komórek, co oznacza, że śmierć jest naturalnym etapem rozwoju organizmu oraz że jest ona genetycznie zaprogramowana (wcześniej uważano, że śmierć komórki zawsze związana jest z jej uszkodzeniem lub zestarzeniem). Sulston szczegółowo opisał proces apoptozy, zidentyfikował też mutację genu nuc-1, związanego z tym procesem. Białko kodowane przez gen nuc-1 jest niezbędne do degradacji DNA martwej komórki.

H. Robert Horovitz (ur. w 1947 r., pracujący w Massachusetts Institute of Technology) dokładniej przeanalizował grupę genów odpowiedzialnych za apoptozę. W 1986 r. opisał dwa "geny śmierci samobójczej" – ced-3 i ced-4, ostatecznie udowadniając, że apoptoza jest procesem zaprogramowanym w DNA. W późniejszych badaniach zidentyfikował gen ced-9, który "blokuje" działanie genów ced-3 i ced-4, uniemożliwiając tym samym apoptozę. Opisał też wiele innych genów związanych z "zaprogramowaną śmiercią" i złożone interakcje, jakie między nimi zachodzą. Horovitz znalazł również odpowiednik genu ced-3 w DNA człowieka. Później udało się wykazać, że większość genów sterujących apoptozą u C. elegans jest obecna także u kręgowców.

- Jest to nagroda jak najbardziej zasłużona i oczekiwana – powiedział prof. dr hab. Janusz A. Siedlecki, kierownik Zakładu Biologii Molekularnej w Centrum Onkologii w Warszawie. – Główne osiągnięcie laureatów to stworzenie prostego modelu pozwalającego na obserwacje zjawiska śmierci komórek oraz udowodnienie, że tzw. śmierć programowana (apoptoza) jest procesem ściśle zapisanym w genach. W leczeniu nowotworów od dawna wykorzystujemy substancje masywnie uszkadzające DNA (np. cytostatyki). Naprawa tak zniszczonego DNA jest niemożliwa i komórka jest kierowana na drogę apoptozy. Jest to jednak działanie "na ślepo", bo uszkodzeniu ulega nie tylko DNA komórek nowotworowych, ale również DNA komórek prawidłowych. Szczegółowe poznanie mechanizmów apoptozy, dla których fundamentem są badania tegorocznych noblistów, daje możliwość stworzenia leków nowej generacji, umożliwiących wybiórcze indukowanie apoptozy w chorych komórkach. To zupełnie nowe podejście do leczenia chorób nowotworowych.

Nie zawsze jednak zależy nam na wyeliminowaniu komórek, jak to ma miejsce w przypadku chorób nowotworowych – dodaje prof. Siedlecki. – W zawale czy w przypadku udaru mózgu wręcz przeciwnie, chodzi o to, by zahamować proces apoptozy indukowany uszkodzeniem pierwotnym. Głównie dlatego, by uchronić jak najwięcej komórek, które przeżyły pierwotny szok wywołany niedotlenieniem. W tym przypadku będziemy się starali opracować leki hamujące apoptozę, tak aby uratować jak największą część mięśnia sercowego czy mózgu. Podobnie w leczeniu AIDS. Hamując apoptozę, próbujemy bronić limfocyty pomocnicze przed śmiercią indukowaną przez wirusa HIV.

W dziedzinie chemii

Tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzyma trzech uczonych: Kurt Wüthrich (Szwajcaria), John B. Fenn (USA) i Koichi Tanaka (Japonia). Opracowane przez nich metody analizy struktury chemicznej i przestrzennej molekuł biologicznie aktywnych przyczyniły się do lepszego poznania właściwości i funkcji białek oraz umożliwiły opracowanie nowych leków i wczesne rozpoznawanie wielu chorób, np. raka piersi, prostaty i malarii.

John B. Fenn (ur. 1917 r.) i Koichi Tanaka (ur. 1959 r.) udoskonalili metody spektrografii masowej, wykorzystując je do analizy makromolekuł organicznych. Fenn opracował metodę zwaną ESI (electrospray ionisation), w której wykorzystuje się silne pole elektryczne do wytworzenia "chmury" naładowanych cząsteczek, wprawianych następnie w ruch, a ich masę wyznacza się na podstawie zmierzonego czasu "lotu" na określonym dystansie. Tanaka, niezależnie, wykorzystał podobną metodę spektrografii masowej – SLD (soft laser desorption), w której do wytworzenia "chmury" cząsteczek używa się – zamiast pola elektrycznego – promienia lasera.

Kurt Wüthrich (ur. 1938 r.) – uczony, który jako pierwszy opisał strukturę prionu, nagrodzony został za udoskonalenie jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) i zastosowanie tej metody do obrazowania struktury przestrzennej cząsteczek białek w roztworach.

- Badania prowadzone przez tegorocznych laureatów Nagrody Nobla w chemii doprowadziły do wygenerowania nowych, doskonalszych narzędzi, pozwalających na ustalanie struktury związków biologicznie czynnych – mówi prof. J. Siedlecki. – Znając dokładną strukturę przestrzenną związku biologicznie czynnego, np. enzymu, można komputerowo wygenerować substancję chemiczną, która będzie go hamowała. Klasycznym przykładem jest słynny Glivec (inhibitor kinazy tyrozynowej), lek stosowany m.in. w leczeniu przewlekłej białaczki szpikowej. Został on wymodelowany komputerowo w oparciu o znajomość struktury tego enzymu. Komputerowe modelowanie cząsteczek biologicznie aktywnych jest dziś powszechnie stosowaną metodą konstrukcji nowych leków.