Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Biologia > Nowinka z dn. 10-10-2001  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Komórkowy Nobel
autor:
Małgorzata Yamazaki
z dnia:
10-10-2001





Komórkowy Nobel
Tegoroczną Nagrodę Nobla z medycyny i fizjologii przyznano za odkrycie regulatorów cyklu komórkowego. Czyli tych czynników, które decydują o tym, czy komórki dzielą się prawidłowo, czy też ignorują wszelkie przepisy bezpieczeństwa i wpadają w podziałowy amok, rozrastając się w raka.

Noblistami z medycyny w 2001 roku została trójka uczonych: Leland Hartwell, Paul Nurse i Timothy Hunt. Wszyscy trzej pracują w instytucjach prowadzących badania nad rakiem. Wszyscy trzej przyczynili się do ustalenia mechanizmów odpowiedzialnych za przebieg cyklu komórkowego. Dzisiaj ich odkrycia stanowią podstawowy kanon wiedzy o funkcjonowaniu komórek. Pojęcia wprowadzone przez tych uczonych są powszechnie używane w podręcznikach szkolnych, znają je doskonale wszyscy studenci nauk biologicznych. Poznanie przebiegu prawidłowego cyklu życiowego komórki pozwoliło zrozumieć przyczyny nieokiełznanych podziałów prowadzących do powstawania nowotworów. Tym samym zaś otworzyło drogi poszukiwań nowych metod walki rakiem.

Leland H. Hartwell
Zdjęcie: Ralf Pettersson
Leland Hartwell, urodzony w 1939, pracuje obecnie w Centrum Badań nad Rakiem im. Freda Hutchinsona w Seattle. Nagrodę Nobla otrzymał za odkrycie klasy genów kontrolujących przebieg cyklu komórkowego. Jest on również twórcą określenia "punkt kontrolny" (ang.: checkpoint), znakomicie ułatwiającego zrozumienie procesów zachodzących w trakcie cyklu komórkowego. Paul Nurse, urodzony w 1949, jest zatrudniony w Imperial Cancer Research Fund w Londynie. Nagrodę Nobla przyznano mu za odkrycie i określenie budowy molekularnej grupy podstawowych regulatorów cyklu komórkowego - cyklicznie aktywowanych kinaz białkowych. Wykazał on ponadto, że białka te są bardzo podobne u różnych organizmów eukariotycznych (od drożdży po człowieka), a ich działanie polega na fosforylacji innych, ważnych białek (czyli przyłączaniu do nich lub odłączaniu grup fosforanowych). Timothy Hunt, urodzony w 1943, także jest pracownikiem Imperial Cancer Research Fund w Londynie. Nagroda Nobla przypadła mu za odkrycie cyklin - białek regulujących działanie kinaz białkowych. Stwierdził on, że cykliny są stale wytwarzane i rozkładane w komórce, stanowiąc tym samym podstawowy element kontrolny ich cyklu.

Wszystkie organizmy istniejące na Ziemi zbudowane są z komórek. Te komórki, w których materiał genetyczny zgromadzony jest w otoczonym specjalną błoną jądrze nazywa się komórkami eukariotycznymi ( w odróżnieniu od bakterii, tzw. prokariontów, które nie mają wyodrębnionego jądra). Taki sam schemat budowy obowiązuje w przypadku eukariotycznych organizmów jednokomórkowych, takich jak drożdże czy pierwotniaki, jak i organizmów wielokomórkowych, takich jak na przykład człowiek, którego ciało składa się z wielu bilionów komórek. Warunkiem istnienia wszystkich tych organizmów są prawidłowe podziały komórkowe. Dla ameby czy drożdży podziały te oznaczają powstawanie nowych pokoleń, dla tak złożonych jak człowiek natomiast właściwe procesy podziałowe są warunkiem odpowiedniego funkcjonowania całego organizmu.

Zasługą tegorocznych laureatów Nagrody Nobla jest opisanie kolejnych etapów procesu prowadzącego do podzielenia się komórki macierzystej na dwie potomne, bądź do wybrania przez nią stanu spoczynku. W wykładanym dzisiaj powszechnie modelu cały cykl życiowy komórki dzieli się na kolejne fazy. Pierwsza zwana jest fazą G1 (od ang.: gap, przerwa), gdyż komórka podczas niej nie dzieli się, a rośnie, druga - fazą S (od ang.: synthesis, synteza), podczas której zachodzi podwojenie materiału genetycznego, trzecia - G2, kiedy komórka upewnia się, że replikacja DNA została zakończona i przygotowuje się do podziału, a czwarta - fazą M (od ang.: mitosis, mitoza), kiedy komórka dzieli się na dwie.

Każda z tych faz wymaga odpowiedniego przygotowania, a zakłócenia w jakiejkolwiek z nich mogą mieć bardzo poważne konsekwencje dla całego organizmu. Jeśli wszystko przebiega właściwie, powstające komórki są identyczne jak komórka wyjściowa. Jeśli nie - dochodzi do zaburzeń w rozdziale materiału genetycznego i wystąpienia w obrębie chromosomów nieprawidłowości, dziedziczonych następnie w toku kolejnych podziałów. Namnażanie się komórek z uszkodzonym DNA może doprowadzić do ich transformacji nowotworowej i rozwoju raka. Sposobem, jakim Natura broni się przed taką sytuacją, jest bardzo skrupulatna kontrola przebiegu cyklu komórkowego. Takie komórki, które nie powinny się dzielić, gdyż mają uszkodzony materiał genetyczny, są zatrzymywane w trakcie podziału. Zyskują wówczas czas na przeprowadzenie naprawy i sprawdzenie, czy wszystko jest w porządku. Następny etap rozpoczyna się dopiero wówczas, gdy poprzednia faza jest w pełni ukończona.

Wiele komórek naszego organizmu dzieli się nieustannie. Należą do nich na przykład komórki naskórka czy nabłonka jelitowego, stale złuszczających się i stale odbudowywanych w ciągu całego naszego życia. Inne - jak komórki wątroby, która ma zdolność regeneracji - mogą dzielić się w razie potrzeby (na przykład zniszczenia części tego narządu w wyniku urazu). Jeszcze inne, jak wysoce wyspecjalizowane komórki mięśnia sercowego czy mózgu, nie dzielą się nigdy. Komórki, które aktualnie ani się nie dzielą, ani do tego nie przygotowują, pozostają w spoczynku, czyli w fazie G0. Jeśli tylko zachowały zdolność podziału, można je wytrącić z uśpienia, stosując takie bodźce zewnętrzne, jak hormony czy czynniki wzrostu, wytwarzane przez organizm, gdy zachodzi na przykład potrzeba zagojenia ran. Wówczas wchodzą w fazę G1 i kolejno pokonują kolejne etapy prowadzące do podziału.

Dzięki pracom Hartwella, Nurse'a i Hunta znamy szczegóły molekularne tego procesu.

Leland Hartwell rozpoczął badania genetycznych uwarunkowań cyklu komórkowego na początku lat sześćdziesiątych XX w. Udało mu się uzyskać mutanty podziałowe drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae, a następnie wyizolować ponad sto genów uczestniczących w kontroli cyklu podziałowego, tzw. geny CDC (ang.: cell division cycle genes). Jeden z nich, oznaczony przez Hartwella CDC28, decyduje - jak się okazało - o przejściu przez komórkę z fazy G1 do fazy S, dlatego też nazwano go genem "start". Badając podatność komórek drożdży na wpływ promieniowania jonizującego, Hartwell stwierdził ponadto, że uszkodzenie materiału genetycznego powoduje wstrzymanie cyklu podziałowego do czasu naprawy DNA. Wprowadził wówczas pojęcie "punktu kontrolnego", które okazało się również użyteczne do opisu podobnych procesów zachodzących w trakcie innych faz cyklu komórkowego. Przejście do każdego kolejnego etapu bowiem wymaga sprawdzenia, czy poprzedni został całkowicie zakończony.

Paul M. Nurse
Zdjęcie: Ralf Pettersson
Paul Nurse również badał genetykę cyklu komórkowego. Do swych prac wykorzystał inny gatunek drożdży, Schizzosaccharomyces pombe - dalekiego krewniaka Saccharomyces cerevisiae, który oddzielił się od niego w toku ewolucji około miliarda lat temu. W połowie lat siedemdziesiątych Nurse odkrył u tego organizmu gen, który nazwał cdc2 i dowiódł, iż kontroluje on wejście komórki w podział (przejście z fazy G2 do M). Potem stwierdzono, że gen ten ma bardziej uniwersalne znaczenie i działa tak samo jak Hartwellowski gen CDC28. W 1987 Nurse wyizolował podobny gen ludzki, nazwany później CDK 1 (ang.: cyklin dependent kinase 1), który koduje białko należące od rodziny kinaz białkowych zależnych od cyklin. Nurse wykazał, że aktywacja tego białka polega na odłączeniu grupy fosforanowej. Dzięki jego ustaleniom poznano do dzisiaj kilka różnych kinaz CDK działających w ludzkich komórkach.

R. Timothy (Tim) Hunt
Zdjęcie: Ralf Pettersson
Timothy Hunt natomiast w połowie lat osiemdziesiątych odkrył cykliny. Nazwa tych białek wzięła się stąd, że są one cyklicznie wytwarzane i rozkładane w komórce. Pierwszym obiektem jego badań był jeżowiec z rodzaju Arbacia, potem jednak Hunt stwierdził obecność takich samych białek u innych organizmów. Białka te, podobnie jak kinazy CDK, są - mówiąc językiem biologów - konserwowane w toku ewolucji, co oznacza, że różnią się w bardzo niewielkim stopniu nawet u organizmów bardzo odległych ewolucyjnie (dzieje się tak zawsze wtedy, gdy jakiś element jest tak ważny dla funkcjonowania komórki, że Natura nie pozwala sobie pod tym względem na eksperymenty). Cykliny łączą się z aktywnymi kinazami CDK i dopiero takie kompleksy uruchamiają kolejne etapy cyklu komórkowego. Znamy dziś około dziesięciu różnych cyklin uczestniczących w podziałach ludzkich komórek.

Mechanizm regulacji cyklu komórkowego można porównać do działania samochodu. Kinazy białkowe CDK są jak włączony silnik, a cykliny jak skrzynia biegów, której uruchomienie decyduje o działaniu pojazdu. Poziom kinaz jest w komórce stale mniej więcej taki sam, ich aktywność jednak istotnie się zmienia wskutek periodycznych zmian poziomu odpowiednich cyklin. Brak cyklin równa się pracy silnika na jałowym biegu, ich obecność natomiast - ruszeniu pojazdu z miejsca. Jeśli zaś któryś z elementów tego układu szwankuje - komórki tracą kontrolę nad podziałami, co często prowadzi do tragicznych skutków. Podwyższony poziom cyklin stwierdza się na przykład w niektórych postaciach raka piersi i mózgu. Już dziś prowadzone są próby kliniczne terapii przeciwnowotworowej wykorzystującej inhibitory kinaz CDK. Być może okażą się one skuteczniejsze w przypadku niektórych rodzajów nowotworów niż metody stosowane obecnie.
Małgorzata Yamazaki
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach