Nobelova nagrada u fiziologiji i medicini - 2012 • Vera Bashmakova, Alexey Paevsky • Znanstvena vijest o "Elementima" • Nobelove nagrade, genetika, biotehnologija

Nobelova nagrada u fiziologiji i medicini – 2012

Dobitnici Nobelove nagrade u fiziologiji i medicini u 2012, John Gordon (John Bertrand Gurdon) i Shinya Yamanaka (Shinya Yamanaka). Fotografije iz www.smh.com.au i www.ucsf.edu

8. listopada 2012. započeo je sljedeći Nobelov tjedan. Tradicionalno, prvo objavljuje laureate nagrade u fiziologiji ili medicini (iz nekog razloga, na ruskom se obično naziva nagradu u fiziologiji i lijek). Dobitnici su bili britanski John Gordon (John Bertrand Gurdon) iz Instituta Cambridge Gurdon (Gurdon Institute) i japanski Xinya Yamanaka (Shinya Yamanaka), zaposlenik Gladstone Instituta za kardiovaskularne bolesti u San Franciscu (Gladstone Institute of Cardiovascular Disease u San Franciscu) Sveučilište Kyoto (Sveučilište Kyoto). Kao što je navedeno u službenom tekstu Nobelovog odbora, koji je tradicionalno najavljen na švedskom, ruskom, francuskom i njemačkom jeziku (Nobel je govorio tečno), nagrađena je za "otvaranje mogućnosti reprogramiranja diferenciranih stanica u pluripotent".

Od 1901. Nobelovu nagradu u fiziologiji i medicini dodjeljuje se 103 puta. 1915.-1918., 1921., 1925., 1940.-1942. Nagradu nije dodijeljena. Prvi je dobitnik bio Emil von Bering za kreiranje terapije serumom, koji je postao važan korak u borbi protiv difterije.

U 2012. godini ova Nobelova nagrada pobijedila je barijeru od 200 priznatih sudionika: Gurdon i Yamanaka postali su 200. i 201. nobelovci u toj nominaciji.

Do sada u povijesti nagrade nije bilo dvoje pobjednika. Među laureatima – 10 žena (među "prirodnim znanostima" ovo je rekord: u fizici, samo dvije nagrade su otišle na fer spol, u kemiji – 4).

Prema §4 Statuta Nobelove zaklade može se istovremeno poticati jedno ili dva djela, ali ukupan broj dodjele ne smije prelaziti tri. Od 103 nagrade u fiziologiji i medicini, 38 je osvojio jedan laureat, 32 je podijeljeno između dva laureata, 33 – između tri.

Postoje samo dva ruska laureata ove nagrade – Ivan Pavlov (1904) i Ilya Mechnikov (1908). Tako je ruski "Nobel" u ovoj nominaciji nismo vidjeli više od jednog stoljeća.

Prosječna starost prethodnih pobjednika je 57 godina. Najmlađi je Frederik Banting, koji je postao laureat u dobi od 32 godine (1923). Najstariji je Peyton Rous, koji je dobio nagradu za 87 godina (1966). Usput, najstariji preživjeli laureat također je u fiziologiji i medicini. Preciznije – najstarije. Rita Levi-Montalcini, koja je osvojila nagradu 1986., proslavila je svoj 103. rođendan u travnju.

I još dvije zanimljive činjenice.Sina Arthura Kornberga, Nobelovog laureata u fiziologiji i medicini 1959. godine, Roger Kornberg postao je 2006. godine nobelovac u kemiji. I brat Jan Tinbergena, prve Nobelove nagrade za ekonomiju (1969.), Nikolaas Tinbergen osvojio je Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu 1973. godine.

Podsjetimo da su prošle godine tri znanstvenika dobila nagradu u fiziologiji i medicini. Jules Hoffman i Bruce Beetler primili su nagrade za aktiviranje urođenog imuniteta, a Ralph Steinman za otkrivanje dendritičnih stanica i proučavanje njihovog značaja za stjecanje imuniteta. Premda je Steinman umro nekoliko sati prije nego što je odluka donijela Nobelova komisija, nagradu je ostala s njim.

Dobitnici dviju generacija

Mora se reći da su dvojica pobjednika ove godine, na ćudu sudbine, na neobičan način "rima". Obje pripadaju naj tradicionalnijim kulturama – britanskim i japanskim. U toj godini, kada se rodi drugi, objavljen je "Nobelov članak prve" (Gurdon je skoro 30 godina stariji: rođen je 1933., a Yamanaka 1962.).

Osim toga, "Nobelova nagrada" nije prva nagrada koju Gerdon i Yamanaka primaju zajedno.Godine 2009. osvojili su Nagradu Albert Lasker ("Druga američka Nobelova nagrada u medicini", kako ga zovu) u Osnovnoj nominaciji. Usput, gotovo polovica laureata ove nominacije dobiva Nobelovu nagradu.

No primili su i prestižnu izraelsku nagradu Wolf u medicini, ali zasebno – Gerdon 1989. i Yamanaka u 2011. godini. Uz mnoge druge nagrade koje su dobili i oba znanstvenika, Yamanaka je također dobitnik prestižne Millennium tehnološke nagrade.

"Seniorni" laureat je također dobio više počasnih nagrada. U lipnju 1995. John Bertrand Gurdon dobio je titulu Bachelor Knight i pravo na dodjelu naslova "Sir" na njegovo ime, a 2004. dobio je još veće priznanje: Cambridge Institut za staničnu biologiju i rak s dobrotvornim fondovima Wellcome Trust i Cancer Research UK preimenovan je Gordon Institute.

Gotovo svi komentatori označavaju rad Gerdona i Yamanakija kao otkrića. Mnogi autori čestitki na "zidu" Nobelovog odbora nazivaju ih "novom eri" u povijesti čovječanstva.

Kakav napredak u znanosti su ti znanstvenici, koji pripadaju različitim generacijama, čiji je rad dijeljen više od 40 godina?

Za odgovor na ovo pitanje morat će započeti s daljine.

Matične stanice, ili tamo i natrag

Svaki višestanični organizam se sastoji od mnogih tipova stanica koje se mogu međusobno vrlo razlikovati – usporediti, na primjer, crvene krvne stanice, crvene krvne stanice, s koštanim stanicama, osteoblasti. Međutim, genetske informacije pohranjene u svim tipovima somatskih stanica – od hepatocita do neurona – apsolutno su identične. Kako je to moguće?

Odgovor je jednostavan: različiti geni se izražavaju u različitim vrstama stanica. To je ipak cijelu genom u svim stanicama je isti, ali glumaRadni dio genoma u svakoj vrsti stanice je različit, a što su različiti u dvije stanice su ti "radni" dijelovi genoma, više se stanice same razlikuju jedna od druge.

A ovdje se postavlja još jedno pitanje: zašto Razlikuju li se različite vrste stanica u ekspresiji gena? Aleksandar Markov već je čudesno odgovorio na ovo pitanje, samo ću vam ukratko reći.

Kao što znate, svaki višestanični organizam razvija se iz jedne stanice – zigoze. U prvom odjeljku, zigot daje gotovo identične stanice, no sa svakom kasnijom podjelom razlike među rezultirajućim stanicama rastu.Razlog tome je da različite stanice klica imaju različite uvjete. Prvo, zigot sam je asimetričan, a gustoća različitih supstanci u različitim dijelovima je drugačija, tako da kada se dijele zigote, stanice koje "nasljeđuju" jedan ili drugi dio citoplazme bit će neznatno različito jedna od druge. Drugo, određeni fizikalni parametri, poput gravitacije, različito utječu na stanice u različitim dijelovima embrija: stanica u donjem dijelu embrija "povući" u smjeru gdje nema drugih stanica, već stanica u gornjem dijelu – naprotiv, tamo gdje su druge stanice. Treće, postupno se same stanice počinju međusobno utjecati: tvari koje luče susjedi mijenjaju metabolizam stanice, pokreću ili isključuju ekspresiju određenih gena u njemu i time određuju njegovu sudbinu. I tako dalje.

Dakle, sa svakom odjeljkom, stanice se sve više razlikuju jedna od druge i od zigota iz kojih potječu. Postupno, stanice tvore tri sloja – vanjski (ektoderm), medijan (mezoderm) i unutarnji (endoderm). Tada se stanice iu tim tri sloja počinju međusobno sve više razlikovati pod utjecajem susjednih stanica i različitih fizikalnih čimbenika te na kraju oblikuju sve organe i tkiva u tijelu.Na taj način, terminalno diferencirane (tj. Apsolutno specijalizirane) stanice dobivaju se iz potpuno nediferenciranih zigota.

Međutim, terminalno diferencirane stanice imaju jedan veliki nedostatak: ne mogu se podijeliti. I budući da su svi prije ili kasnije stariji, ako negdje u tijelu nema neiscrpnih resursa diferenciranih stanica, tijelo će se "istrošiti" vrlo brzo i umrijeti.

I postoji takav resurs. Zove se (kao što ste vjerojatno već nagađali) "matične stanice". Zadovoljstvo mi je napomenuti da je postojanje takvih stanica postulirano i ime im je izumio veliki ruski znanstvenik Aleksandar Maximov 1908. godine. Potomci matičnih stanica u odraslom organizmu stalno obnavljaju tkivo prema shemi prikazanoj na slici. 1. Njegov vlastiti skladište matičnih stanica postoji u svakom tkivu, čak iu srcu i nervoznom, o kojemu se ranije vjerovalo da su nesposobni za oporavak. Češće se tkivo obnavlja, više matičnih stanica ima: na primjer, matične stanice kože su mnogo veće od neuronskih. Svako tkivo se sastoji od nekoliko tipova stanica, a matične stanice ovog tkiva mogu dovesti do bilo kojeg od njih, ali ne i na stanice drugog ne-domaćeg tkiva.Na primjer, hematopoetske matične stanice mogu dovesti samo do krvnih stanica, ali ne mogu davati neurone. Matične stanice neprestano se dijele, ali vrlo rijetko; u slučaju da je tkivo oštećeno i potrebno hitno obnavljanje, počinju se podijeliti aktivnije. Većina (od zrelih organizama) matične stanice su u novorođenčadi; s dobi, njihov se broj postupno smanjuje, ali i dalje funkcioniraju čak iu ekstremnoj starosti.

Sl. 1. Dijagram podjela i diferencijacija matičnih stanica. matična stanica. B – prekursorska stanica. C – diferencirane stanice. Svaka matična stanica može dijeliti bilo simetrično, dajući dvije iste matične stanice (1), ili asimetrično, dajući jednu matičnu stanicu i jednu prethodnu stanicu (2). Prekursorska stanica također je podijeljena (3); stanice kćeri razlikuju (4) i zauzeti svoje mjesto u određenom tkivu tijela. Slika od en.wikipedia.org. (Detaljnija shema za postupnu diferencijaciju potomaka matičnih stanica može se naći u Hemato-testikularnoj barijeri nije razbijena, već se ažurira ", Slika 1)

Sažeti. Prije nas postoji nekoliko vrsta matičnih stanica.

Najviše univerzalna matična stanica je zigot. To dovodi do svih vrsta stanica u tijelu, kao i, recimo, ne točno tijelo – na primjer, stanice placente. Blastomeri posjeduju ista svojstva – stanice nastale tijekom prvih nekoliko podjela zigota. Cijeli organizam može se uzgajati iz zigota ili blastomera. Takve se stanice zovu višestruko važne matičnih stanica.

Nešto manje univerzalne stanice nastaju tijekom nekoliko naknadnih embrionalnih odjeljaka (prije podjele na germinalne slojeve). Oni mogu potaknuti sve stanice tijela, ali ne posteljicu, tako da se cijeli novi organizam ne može uzgajati iz jedne takve stanice. Pozivaju se ove stanice pluripotentne matičnih stanica (PSC).

uisti specijalizirani multipotentnim matične stanice – tj. one koje mogu dovesti do različitih vrsta stanica koje su karakteristične za tijelo, ali ne sve. Multipotentne stanice su, tako da govore, "više ili manje snažne" – tj. Mogu dovesti do više ili manje tipova stanica. Multipotentne stanice uključuju neke od matičnih stanica koje su aktivne u gore spomenutom organizmu za odrasle.To dovodi do postupne diferencijacije potomaka multipotentnih stanica oligopotentnyh (što dovodi do samo malog broja tipova stanica) i unipotentne (što dovodi do samo jednog tipa) stanica.

Dakle, pokazalo se da je put živog organizma put postupne diferencijacije: sve promjene matičnih stanica dovode do smanjenja "moći" (ili čak i potpunog nestajanja). Tootypotentne stanice pretvaraju se u pluripotent, one u multipotičnu, i tako dalje, a put natrag čini se da nema.

Ali pravi znanstvenik mora pronaći način na koji to ne izgleda. Zapravo, za ovu pretragu (koja se pokazala uspješnom) Nobelove nagrade John Gordon i Sinya Yamanaka primili su u ponedjeljak.

Ab ovo

Počnimo – po redoslijedu – s Gurdonom. Godine 1962. proveo je svoje Nobelove pokuse, u onim polu zaboravljenim vremenima, kada nitko nije mislio o sekvenciranju genoma, poznavanje matičnih stanica bilo je smješteno na godišnji tečaj predavanja, a poznata HeLa stanična linija imala je samo deset godina.

Gerdon je pokušao pronaći odgovor na pitanje da li jezgra diferencirane stanice nosi dovoljno podataka da bi se stvorio novi organizam.(Mi znamo odgovor, ali prije pedeset godina ovaj odgovor nije bio očigledan.)

I Gurdon je napravio vrlo jednostavnu stvar – podigao je i transplantorao sporean žabu u jajnu stanicu (Xenopus laevis) s uništenom jezgrom, jezgrom diferencirane stanice (crijevne epitelne stanice) tadpola iste vrste. Potrebno je nekoliko eksperimenata, ali kao rezultat, istraživač je uspio dobiti zdravu tadpole od takvog "himernog" jaja. (U zagradama zapažamo da su slični, ali neuspješni eksperimenti provedeni čak i prije Gerdona. Očigledno se Gerdon razlikovao od svojih prethodnika jednostavnookostrpljenja i ustrajnosti).

Sl. 2. Dijagram Gurdonovih eksperimenata. Uništio se s ultraljubičastom jezgrom u jajašcima Xenopus laevis (1), transplantirali tamo jezgru koja je uzeta iz diferencirane crijevne stanice tadpole iste vrste (2), zbog čega je iz jajeta razvijen tadpole, a zatim odrasle žabe (3). Na isti način se mogu dobiti sisavci (4). Slika s www.nobelprize.org

Bio je to veliki proboj. Iz rezultata Gurdona slijedili su odmah mnogi zaključci, od kojih je glavni: diferencijacija je reverzibilna stvar.Čak i jezgra diferencirane stanice, kada se stavi u prikladne uvjete, može dovesti do novog organizma. Otkriće Girdona pretvorilo je sve prethodne ideje o diferencijaciji i "stablju" i prouzročilo cijeli niz brojnih studija – od kloniranja sisavaca (prva ovca klonirana) na rad Xingyi Yamanaki.

Usput, sama riječ "kloniranje" pojavila se u vezi s Herdonovim djelima. Godine 1963. poznati britanski biolog i popularizator znanosti, John Haldane, opisao je rezultate Gerdona i bio je jedan od prvih koji je koristio riječ "klon", kako se primjenjuje na tabor iz "odrasle" jezgre. A žaba je i dalje omiljena "igračka" Herdona – na osobnoj stranici znanstvenika objavljenih veza na njegov prošlogodišnji rad, gdje još uvijek eksperimentira s jajašima Xenopus.

40 godina kasnije

A što je učinio Yamanaki? Nešto još više revolucionarno i nečuveno od Gurdona. Godine 2006. uspio je – bez transplantacije jezgre – transformirati potpuno diferencirani mišji fibroblast (stanica kože) u pluripotentnu matičnu stanicu (takve su stanice nazvale inducirane pluripotentne matične stanice, iPSC ili iPSC).Prije nego što kažemo kako je uspio u tome, napravimo malo povijesne pozadine.

Od pokusa Gurdon, znanost je napravila velike korake naprijed, a razvijene su suptilne tehnike koje omogućuju da se gena umetne u stanicu i tako izazvati ekspresiju proteina kojeg ovaj genski kodira u toj stanici. Jedan od glavnih "vozila" koji se koriste za gljiviranje gena u stanicu su virusi, posebice retrovirusi. U genomu virusa, "oslobodi prostor" odsijecanjem opasnog genetskog materijala, a geni potrebnih proteina su ušivenim na ovo mjesto. Virus inficira stanicu, ali umjesto viralne DNK umetne te gene u genom stanice. Geni počinju eksprimirati, utjecati na različite fiziološke procese u stanici i na ekspresiju drugih gena i time promijeniti sudbinu stanice. Više o ovome možete pročitati u članku "Molekularno kloniranje ili Kako staviti izvanzemaljski genetski materijal u ćeliju").

Vratimo se eksperimentima Yamanaki. Kao što je već spomenuto, stanice različitih tipova razlikuju se jedna od druge u različitim ekspresijama određenih gena.Yamanaka i njegov tim uspoređivali su ekspresiju gena u diferenciranim i embrionalnim matičnim stanicama. Identificirali su nekoliko desetaka gena čija je povećana aktivnost karakteristična za matične stanice. U različitim kombinacijama, oni su ove gene umetnuli u diferencirane stanice molekulskim kloniranjem kako bi se ove stanice prisilile na dedifferentiaciju natrag.

A onda je došlo do prodora. Nakon dugih eksperimenata, Yamanaka je uspio pokazati da reprogramiranje diferencirane stanice u pluripotentni korijen, dovoljno je povećati izraz cjelokupne četiri geni! Imena tih gena u glazbenom zvuku za "stabljike" biolozima, i oni ih vypalyat, čak i budući da se probudi usred noći: 3. listopada / 4, SOX2, Klf4 i C-Myc.

Ali to nije sve. Yamanaka je pokazao da se dobivene pluripotentne matične stanice mogu suprotno razlikovati u stanice različitih tkiva, na primjer, živčanog ili intestinalnog tkiva – tj. Povratno diferenciranje natrag, a zatim ponovno naprijed. Dao je znanstvenicima jednostavan alat koji možete učiniti s diferencijacijom praktički sve što vam srce želi. Ovo otkriće doslovno je okrenulo znanstveni svijet.

Sl. 3. Dijagram eksperimenata Yamanaki. Četiri proteinska gena (1) umetnuti u diferencirani fibroblast dobiven iz miša (2). Ovaj fibroblast se transformira u pluripotentnu matičnu stanicu (3), od kojeg možete dobiti odrasli mišji organizam (4). Imajte na umu da odrasli miš iz iPS stanica još uvijek nije dobio Yamanaka. Slika s www.nobelprize.org

Budući da je rad Yamanaki bio relativno nedavno izveden, to je izazvalo ne tako dugo "odjek" od kasnijeg rada, kao djelo Herdona. Međutim, ta se tema ubrzano razvija. Tijekom proteklih šest godina, Yamanaki je razvio metodu za transformaciju jedne vrste diferenciranih stanica u drugu. pretjecanje matična stanica. Također je potrebno spomenuti rad kineskih znanstvenika koji su uspjeli dobiti embrij, a zatim odraslog miša iz iPS stanica uz pomoć apsolutno nevjerojatne tehnologije (Xiao-yang Zhao, Wei Li i sur., 2009. iPS stanice). Drugim riječima, uske lanci koji su otežavali sva kretanja znanstvenika u radu s diferenciranim i matičnim stanicama padali su, a postalo je moguće provesti veliku količinu istraživanja koja prethodno nije mogla ni sanjati.

Valja zabilježiti još jednu važnu posljedicu rada Yamanakija.Prije toga, ljudske pluripotentne stanice su dobivene na relativno nemoralan način – od stanica embrija (i zato su ih nazivale embrionalne matične stanice). U nekim je zemljama njihova upotreba bila zabranjena, au drugima – zbog ozbiljnih pravnih poteškoća. Otkriće Yamanaki otkrilo je čovječanstvu gotovo neiscrpni izvor pluripotentnih stanica, čiji izvor ne ostavlja nikakvu mrlju na nikoj savjesti.

Izvorni članci laureata:
1) J. B. Gurdon Razvijeni kapacitet jezgre preuzetih iz crijevnih epitelnih stanica hranidbenih doza // J Embriol Exp Morphol, V. 10. P. 622-640. Prosinac 1962. godine.
2) Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda, Shinya Yamanaka. Indukcija pluripotentnih matičnih stanica od faktora odraslih prema definiranim čimbenicima // Cell. V. 131. Izdanje 5. Pp. 861-872. 30. studenog 2007.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: