Téma: Nobelova cena 2009

Nazretie do tajomstva ochorení

Tento rok pocestujú na slávnostné odovzdávanie Nobelových cien, ktoré sa uskutoční 10. decembra 2009 v Štokholme, traja Američania: Elizabeth H. Blackburnová, Carol W. Greiderová a Jack W. Szostak. Najvýznamnejšie ocenenie v oblasti medicíny získali za „objav, ako teloméry a enzým telomeráza chránia genetickú informáciu v chromozómoch“. Trojica ocenených vedcov pritom vyriešila podľa vyjadrenia Nobelovej komisie jeden z kľúčových problémov biológie: ako chromozómy úplne prekopírovať v priebehu delenia buniek a ako sú chromozómy chránené pred degradáciou. Riešenie tohto kľúčového problému našli v telomérach a v enzýme, ktorý ich formuje - v telomeráze. „Koncové čiapočky“, nazvané teloméry, chránia chromozómy pri delení bunky.

Ocenení laureáti prišli na to, že enzým telomeráza blokuje skracovanie telomér, ba dokonca dokáže chromozóm predĺžiť - čím kompenzuje jeho skracovanie v priebehu delenia. U ľudských buniek je aktivita enzýmu relatívne nízka, preto bunky časom umierajú.

„Objavy amerických výskumníkov Elizabeth Blackburnovej, Carol Greiderovej a Jacka Szostaka dodali novú dimenziu nášmu chápaniu bunky, objasnili mechanizmus tvorby chorôb a posilnili vývoj nových potenciálnych terapií,“ napísala v stanovisku univerzita Karolinska.

Každý držiteľ Nobelovej ceny má okrem medaily a diplomu takisto nárok na finančnú odmenu, ktorá predstavuje sumu desať miliónov švédskych korún (971111 eur).

Od roku 1902 väčšinu cien odovzdáva švédsky kráľ počas slávnostného večera, ktorý sa koná vždy 10. decembra, v deň výročia smrti Alfréda Nobela (1896). Nobelova cena za fyziológiu a medicínu sa udeľuje každoročne od roku 1901. Za 107 rokov existencie tradície udeľovania Nobelovej ceny za fyziológiu a medicíny toto ocenenie získalo spolu 192 laureátov.

 

Objav, ktorý môže napomôcť liečbe rakoviny

Výbor na udeľovanie Nobelových cien, ktorý tvoria  pätnásti profesori univerzity Karolínska, v pondelok 5. októbra 2009 v Štokholme oznámil, že Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu v roku 2009 získali traja americkí vedci - Elizabeth H. Blackburnová, Carol W. Greiderová a Jack W. Szostak. Od začiatku osemdesiatych rokov spoločne pracovali na výskume, ktorý sa zameriaval na „kopírovanie“ chromozómov a ich ochrany pred poškodením.

Jednotky dedičných informácií, gény, sú uložené v jadre bunky v akomsi „balíčku“, ktorému sa hovorí chromozóm. Pri delení bunky sa musia chromozómy „prekopírovať“ do novovzniknutej bunky. Ak by sa tak nestalo, došlo by k závažnej poruche vo vývoji. Začiatkom osemdesiatych rokov Elizabeth H. Blackburnová a Jack W. Szostak zistili, že pri delení bunky chránia chromozómy „koncové čiapočky“ - teloméry. Tie sú tvorené špecifickým reťazcom DNA, v ktorom sa stále dookola opakuje jedna sekvencia „písmen“. Nenesie žiadnu dôležitú informáciu, takže ak sa o kúsok skráti, nič závažné sa nestane. Elizabeth Blackburnová so svojou bývalou študentkou Carol Greiderovou objavili, že za vývoj telomér, za kopírovanie tejto DNA je zodpovedný enzým, nazvaný telomeráza. Telomeráza zabezpečuje, aby sa chromozóm skopíroval cely. Skracovanie teloméry je jedným z kľúčových faktorov starnutia celého organizmu.

Teloméry hrajú dôležitú úlohu aj pri vzniku rôznych chorôb. V nádorových bunkách je enzým telomeráza veľmi aktívny, takže „čiapočky“ sa stále obnovujú. Možno povedať, že bunky majú večný život. Množia sa donekonečna. Naopak, pri niektorých dedičných ochoreniach telomeráza nefunguje správne a dĺžka teloméry klesne pod určitú hranicu, bunka sa už ďalej nedelí a umiera. Dospelé bunky sa spravidla často nedelia, aktivita telomeráz u nich preto nie je taká dôležitá. Pri intenzívne sa deliacich bunkách, ktoré zabezpečujú obnovu kože, alebo pri kmeňových bunkách má telomeráza rôzne špecializované funkcie. Predčasné starnutie, únava zárodočných buniek je zodpovedná za vznik niektorých typov chudokrvnosti alebo ochorení kože a pľúc.

 

Tajomné teloméry

Už v tridsiatych rokoch 20. storočia Hermann Muller (Nobelova cena 1946) a Barbara McClintocková (Nobelova cena 1983) sledovali, že štruktúry na koncoch chromozómov, teloméry, zabraňujú chromozómom, aby sa navzájom nadväzovali. Domnievali sa, že teloméry by mohli mať ochrannú funkciu, ale záhadou zostalo, ako fungujú.

Keď vedci pochopili, ako existuje prenos génov, v päťdesiatych rokoch sa objavil ďalší problém. Keď sa bunka delí, DNA molekuly sa kopírujú polymérovými enzýmami DNA. Avšak pri jednej z dvojvláknových DNA existuje problém, že koniec vlákna sa nemôže kopírovať. Na základe tohto zistenia by sa mali chromozómy skracovať pri každom delení, ale v skutočnosti sa to nedeje. Obidve záhady vyriešili nositelia tohtoročnej Nobelovej ceny, ktorí zistili funkciu telomér a objavili enzým, ktorý ich kopíruje.

V začiatkoch svojej výskumnej kariéry Elizabeth Blackburnová mapovala DNA sekvencie. Keď študovala chromozómy Tetrahymeny, jednobunkového organizmu, identifikovala DNA sekvenciu, ktorá sa opakovala niekoľkokrát na konci chromozómov. Funkcia tejto sekvencie - CCCCAA, bola nejasná. V rovnakom čase Jack Szostak pozoroval, že lineárna DNA molekula, typ minichromozómu, sa prudko znehodnotí, ak sa dostane do kvasinkových kultúr. E. Blackburnová prezentovala výsledky svojho výskumu na konferencii v roku 1980.

Tu sa stretla s Jackom Szostakom a dohodli sa na uskutočnení experimentu, ktorý by mohol pretnúť hranice medzi veľmi vzdialenými druhmi. E. Blackburnová izolovala CCCCAA sekvenciu z DNA Tetrahymeny. J. Szostak ich prepojil s minichromozómami a opäť umiestnil do kvasinkovej kultúry. Výsledky, ktoré publikovali v roku 1982, boli ohromujúce. Teloméry DNA sekvencie ochránili minichromozómy od degradácie. Neskoršie výskumy ukázali, že teloméra DNA s charakteristickou sekvenciou je prítomná vo väčšine rastlín a zvierat od améby po človeka.

 

Enzým zabraňujúci ochoreniam

Carol Greiderová a Elizabeth Blackburnová začali skúmať, či tvorba a formovanie telomér DNA môže byť spôsobené neznámym enzýmom. Na Štedrý večer v roku 1984 Carol Greiderová objavila znaky enzymatickej aktivity v bunkovom extrakte. Enzým pomenovali telomeráza, vyčistili ho a ukázali, že pozostáva z RNA, ale aj proteínov. RNA je akoby šablóna, keď sa teloméra vytvára a proteíny sú potrebné na enzymatickú aktivitu. Telomeráza predlžuje teloméry DNA tým, že poskytuje priestor, ktorý umožňuje DNA polymérom, aby sa chromozómy prekopírovali v celej dĺžke.

Pri pokusoch sa im podarilo vyvinúť myši s nulovou telomerázou. „Áno, narodili sa a žijú. Hovorí to o tom, že úloha telomerázy je komplikovaná. V skutočnosti sme dokázali, že naozaj dôležitá je dĺžka telomér. Ak sa teloméra stane krátkou, je to vážne, spôsobí chorobu a aj problémy s tkanivom. Telomeráza iba udržiava dĺžku telomér v rovnováhe, aby neboli krátke. Takže u myší, ktoré majú nulovú telomerázu, v prvých pár generáciách sú teloméry stále dlhé. Trvá to niekoľko etáp delenia, kým sa teloméry stanú krátkymi. Nie je to enzým telomeráza, ktorý spôsobuje tieto fenotypy, ktoré sme videli u myší, ale skôr sú to krátke teloméry,“ povedala C. W. Greiderová.

 

Možnosť zabrániť starnutiu buniek?

Teloméra na konci chromozómu sa zúčastňuje na starnutí. Pri delení buniek sa teloméry mierne skracujú a tým bunky starnú. Keď sa skrátia na minimálnu úroveň, ďalšie delenie nie je možné a bunka umiera. Vedci uvažovali o tom, či by tento proces mohol byť príčinou starnutia nielen jednotlivých buniek, ale aj organizmu ako celku. Ukázalo sa však, že proces starnutia je komplexnejší a závisí od mnohých ďalších faktorov.

Pri výskume sa E. Blackburnová zaoberala aj otázkou, či stres priamo ovplyvňuje; dĺžku a fungovanie telomér, a či je to pôvod zdravotných problémov, ktoré sa zo stresu objavujú. „Súvislosť medzi dĺžkou telomér a chronickým stresom je reálna. Elisa Epelová sledovala skupinu žien, ktoré sa dlhodobo starali o chronicky choré dieťa, alebo ženy, starajúce sa o partnera, ktorý trpel demenciou. Štúdia ukázala, že počet rokov, počas ktorých matka bola v spomínanej stresovej situácii, súvisela s veľmi krátkou telomérou a tlmením telomerázy. Otázkou zostáva, či zlé klinické účinky stresu spôsobujú výrazné krátenie telomér. Ja sa k tomuto tvrdeniu prikláňam. Čo je zreteľné, je vplyv telomér na imunitný systém,“ uviedla E. Blackburnová.

Poznatky o telomérach a telomeráze neprispeli len k základnému poznaniu fungovania buniek, ale súčasne sa na ne sústredil aj výskum, zameraný na hľadanie liečebných postupov proti rakovine a na predĺženie ľudského života.

Nobelova cena za fyziológiu a medicínu

Prvýkrát bola udelená v roku 1901; odvtedy bolo odovzdaných ďalších 99 cien.

Nobelova cena za medicínu nebola udelená v rokoch 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 a 1942.

Množstvo rozdelených a nerozdelených cien:

37 cien dostal jeden laureát;

31 cien bolo rozdelených medzi dvoch laureátov;

29 cien bolo rozdelených medzi troch laureátov;

V roku 1968 sa rozhodlo, že cena sa môže rozdeliť najviac medzi tri osoby.

Od roku 1901 dostalo Nobelovu cenu za medicínu 192 vedcov.

Najmladším laureátom bol Fredehck Grant Banting, ktorý dostal ocenenie vo svojich 32 rokoch „za objav inzulínu“. Cenu získal spolu s Johnom Jamesom Richardom Macleodom v roku 1923.

Najstarším laureátom bol Peyton Rous, ktorý v roku 1966 získal ocenenie vo veku 87 rokov „za objav vírusov spôsobujúcich nádory“.

Najstarším žijúcim laureátom je Rita Levi-Montalcini, ktorá bola ocenená v roku 1986, keď spolu so Stanley Cohenom dostali cenu „za objav rastových faktorov“. 22. apríla 2009 oslávila 100 rokov.

Zo 192 laureátov bolo len osem žien. Barbara McClintocková bola jedinou, ktorá sa s Nobelovou cenou nedelila. Ocenenie dostala v roku 1983 „za objav mobilných genetických elementov alebo transpozónov v kukurici“.

Jediný manželský pár získal Nobelovu cenu za medicínu, a to v roku 1947. Gerty Theresa Cori a Carl Ferdinand Cori „za objav mechanizmu, ktorým sa glykogén v tele mení na glukózu". Obaja sa narodili v Prahe, časť štúdia strávili tiež v Prahe a neskôr pôsobili v USA.

V dvoch prípadoch Nobelovou cenou ocenili otca a syna.

Hans von Euler - Chelpin (chémia, 1929) a Ulf von Euler (medicína, 1970)

Arthur Kornberg (medicína, 1959) a Roger D. Kornberg (chémia, 2006)

Jedenkrát v histórii boli ocenení bratia: Jan Tinbergen (ekonómia, 1969) a Nikolaas Tinbergen (medicína, 1973).

 

Predstavujeme laureátov

 

 

Elizabeth H. Blackburnová (60) má austrálske i americké občianstvo. Narodila sa v Hobarte na Tasmánii. Vysokoškolské štúdium absolvovala na University of Melbourne. Titul PhD. získala v roku 1975 na University of Cambridge. Pôsobila na Yale University, New Haven, USA, na fakulte University of California, Berkeley a od roku 1990 je profesorkou biológie a fyziológie na University of California, Sa n Francisco. Medzi jej najvýznamnejšie ocenenia patria Lasker Award, Dr. A. H. Heineken Prize for Medicie, Paul Ehrlich and Ludvig Darmstaedter Prize. V roku 2007 ju magazín Time zaradil medzi 100 najvplyvnejších ľudí na svete.

Carol W. Greiderová (48) je Američanka. Narodila sa v San Diegu, Kalifornia, USA. Vysokoškolské štúdium absolvovala na University of California, Santa Barbara. Titul PhD. získala v roku 1987 na University of California, Berkeley. Je bývalou študentkou Elizabeth H. Blackburnovej. Od roku 1997 je profesorkou a riaditeľkou katedry molekulárnej biológie a genetiky na John Hopkins Schooi of Medicíne. Medzi jej najvýznamnejšie ocenenia patria Lasker Award, Louisa Gross Horwitz Prize, Paul Ehrlich and Ludvig Darmstaedter Prize.

Jack W. Szostak (56) je Američan. Narodil sa v Londýne, vysokoškolské štúdium absolvoval na McGilI University Montreal, Quebec. Titul PhD. získal na Cornell University, Ithaca, New York. Pôsobí ako profesor genetiky na Harvard Medical Schooi, Massachusetts General Hospital a spolupracuje s Howard Hudges Medical insitue. Medzi jeho najvýznamnejšie medicínske ocenenia patria Lasker Award, Dr. A. H. Heineken Prize for Biochemisty a Biophysics, United States National Academy od Sciences Award in Molecular Biology.

   

Pripravila Jana Potúčková

Zdroj: Zdravotnícke noviny č. 36/2009, str. 1-7 (15.10.2009)