Amerykanie laureatami Nobla w medycynie

Zobacz galerię:
Giganci umysłu - Nagrody Nobla 2006

W obszernym wyjaśnieniu zasług tegorocznych noblistów Komisja Noblowska podkreśla, że "dzięki badaniom i odkryciom tegorocznych laureatów poznano fundamentalny mechanizm kontroli przepływu informacji genetycznej".

Wszelkie informacje potrzebne do funkcjonowania poszczególnych komórek oraz organizmu jako całości są zgromadzone w jądrze komórkowym w postaci długich nici DNA, zawierających jednostki informacji - geny.

By zrealizować w praktyce teoretyczny plan zapisany w genach, potrzebne są białka o najrozmaitszych właściwościach - enzymy do przeprowadzania reakcji, receptory odbierające sygnały, przeciwciała chroniące przed bakteriami, białka mięśniowe niezbędne do poruszania się, białka tworzące kości i ścięgna w rodzaju kolagenu.

Jak wcześniej odkrył brytyjski noblista Francis Crick, nasz genom wysyła instrukcje potrzebne do wytwarzania białek z DNA w jądrze komórkowym do mechanizmu syntetyzującego białka w cytoplazmie. Zlecenia przenosi messenger RNA (mRNA). RNA to związek nieco podobny do DNA - ale różni się szczegółami budowy chemicznej i zwykle występuje w postaci pojedynczych nici, a nie skręconej pary nici, jak DNA.

Ludzki genom zawiera około 30 000 genów, z których każda komórka wykorzystuje tylko niewielką część z nich. Gdyby każdy gen próbował wytwarzać swoje białko, w komórce zapanowałaby anarchia - potrzebne są mechanizmy kontrolne. O tym, który gen dopuścić do głosu, decyduje proces transkrypcji - przekładania informacji z DNA na mRNA (zbadany ponad 40 lat temu przez francuskich noblistów Francoisa Jacoba i Jacquesa Monoda). Transkrypcja przebiega podobnie zarówno u ludzi jak i u bakterii. Wprowadzając do bakterii ludzkie DNA, można ją skłonić, by produkowała na przykład ludzkie białko potrzebne do leczenia chorób.

Około roku 1990 biolodzy molekularni zaczęli natrafiać na dziwne zjawiska. Najbardziej uderzające zaobserwowali biolodzy zajmujący się roślinami. Próbowali uzyskać petunie o intensywniej zabarwionych płatkach, wprowadzając do ich komórek gen powodujący wytwarzanie czerwonego pigmentu w kwiatach. Tymczasem zamiast poczerwienieć, płatki stały się zupełnie białe.

To zjawisko pozostawało tajemnicą aż do 19 lutego 1998 roku, gdy amerykańscy naukowcy, tegoroczni nobliści Andrew Z.Fire i Craig C.Mello ogłosili na łamach "Nature", że istnieje mechanizm, który może degradować mRNA dla specyficznego genu. Mechanizm ten, wykryty podczas badań na nicieniu Caenorhabditis elegans, nazwano interferencją RNA. Jest włączany, gdy w komórce pojawia się nietypowe, dwuniciowe RNA. To "dziwne" RNA tworzy zwykłe ("sensowne") mRNA w połączeniu z RNA "antysensownym" - komplementarnym, czyli pasującym do mRNA).

Dwuniciowe RNA "anuluje zamówienie" - zostają zniszczone wszystkie fragmenty mRNA, niosące identyczną informacje co dwuniciowe RNA. W konsekwencji odpowiedni gen jest "wyciszany" - nie powstaje kodowane przez niego białko. W przypadku Caenorhabditis elegans wprowadzenie do jego komórek mRNA połączonego z nicią "antysensownego" RNA spowodowało zupełne zniesienie działania genu odpowiedzialnego za białko mięśniowe. To samo zjawisko zaobserwowano w przypadku innych genów. Dalsze eksperymenty obu Amerykanów wykazały, że interferencja RNA (zwana w skrócie RNAi) może się szerzyć wśród komórek, a nawet dziedziczyć. W procesie interferencji uczestniczy dwuniciowe RNA oraz wyspecjalizowane kompleksy białkowe - Dicer i RISC.

Zjawisko interferencji RNA zachodzi zarówno u roślin, jak ludzi i zwierząt. Ma ogromne znaczenie dla regulacji działania genów (ekspresji genów), pozwala się bronić przed infekcjami wirusowymi i kontrolować "skaczące geny" - geny, które samowolnie zmieniają miejsce w genomie i mogą narobić dużo zamieszania. Interferencję RNA wykorzystuje się szeroko w badaniach podstawowych - dzięki niej można badać funkcjonowanie genów, by w przyszłości opracować skuteczne metody leczenia chorób genetycznych czy nowotworów, a także nowe odmiany zwierząt i roślin hodowlanych. W przypadku zwierząt udało się już "wyciszyć" gen odpowiedzialny za podwyższony poziom cholesterolu - być może w podobny sposób uda się zapobiegać np. chorobom serca u ludzi.

Zdecydowanie zasłużony Nobel

Medyczny Nobel dla Andrewa Z. Fire'a i Craiga C. Mello jest zdecydowanie zasłużony; ich odkrycia umożliwiają m.in. postęp w walce z nowotworami - ocenił doc. Marek Figlerowicz z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu, który prowadzi badania nad zjawiskiem interferencji RNA.

Wcześniej panował pogląd, że o wszystkich procesach zachodzących w komórce decydują białka, powstające w oparciu o informację zakodowaną w DNA. Badania Fire'a i Mello udowodniły, że niezwykle istotną rolę w regulacji ekspresji genów odgrywają również maleńkie cząsteczki RNA - powiedział prof. Figlerowicz.

Zdaniem polskiego naukowca, odkrycia Fire'a i Mello mogą zdecydowanie przyczynić się do leczenia chorób dziedzicznych i schorzeń do tej pory nieuleczalnych, jak nowotwory, choroby neurodegeneracyjne i autoimmunologiczne. Będzie można też chronić ludzi, zwierzęta czy rośliny przed groźnymi wirusami.

Zespół naukowców kierowany przez Figlerowicza prowadzi badania nad zjawiskiem interferencji RNA (RNAi). Dzięki odkryciu tego zjawiska możliwe stały się badania nad hamowaniem ekspresji wybranych genów w komórkach ssaków - poprzez zastosowanie małych interferujących RNA, tzw. siRNA.

Technika ta polega na wykorzystaniu naturalnego procesu "wyciszania ekspresji genów", który zależy od dwuniciowego RNA.

Wiadomo już, że wprowadzenie do komórki dwuniciowego RNA, który jest homologiczny, czyli podobny do danego genu, skutkuje tym, że gen ten zostaje wyłączony - wyjaśnił Figlerowicz.

"Dezaktywując" gen odpowiedzialny u człowieka za daną chorobę, na przykład dziedziczną, można ją leczyć lub zapobiegać jej rozwojowi. Według naukowców, to ogromna szansa w przypadku nieuleczalnych dotąd chorób, m.in. neurodegeneracyjnych, autoimmunologicznych i nowotworowych.

Terapia genowa II generacji

Interferencja RNA jest terapią genową drugiej generacji. Pozwala eliminować niepotrzebną informację genetyczną bez potrzeby ruszania DNA - tak prof. Jerzy Buchowicz z Polskiej Akademii Nauk określił przedmiot badań uhonorowanych tegorocznym Noblem w dziedzinie medycyny.

Interferencja RNA jest drugim skrzydłem biotechnologii molekularnej, uzupełnieniem inżynierii genetycznej - wyjaśnił zajmujący się biochemią roślin prof. Buchowicz z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN.

Profesor podkreślił, że interferencja RNA pozwala manipulować ekspresją genów (aktywnością genów, której efektem jest produkcja określonego białka) bez potrzeby wnikania w geny jako takie.

Terapia genowa wymaga interwencji w genach jako takich. Tymczasem interferencja odbywa się poza genomem, co w praktyce pozwala eliminować niepotrzebną informację genetyczną bez potrzeby ingerencji w genom zwierzęcia lub człowieka -zaznaczył ekspert.

Zanosi się na to, że badania nad interferencją RNA w przyszłości będą to bardzo pomocne w zwalczaniu chorób nowotworowych- powiedział prof. Buchowicz. Laureaci tegorocznej Nagrody Nobla w medycynie i fizjologii, Amerykanie Andrew Z. Fire i Craig C. Mello, ogłosili wyniki nagrodzonych badań w 1998 roku. Odkrycie to zostało opisane w 1998 roku na łamach prestiżowego czasopisma naukowego "Nature".

47-letni Andrew Z. Fire pracuje na Massachusetts Institute of Technology w Cambridge oraz na Stanford University (Kalifornia). 46-letni Craig C. Mello jest zatrudniony na Harvard University w Bostonie i University of Massachusetts School of Medicine w Worcester.