211service.com
Dlaczego komórki umierają
Od wielu lat biolodzy wiedzieli, że komórki umierają w przewidywalnych momentach rozwoju: kijanki tracą ogony i stają się żabami; płody ludzkie tracą błonę między palcami rąk i nóg podczas rozwoju prenatalnego. Jednak bardzo niewiele było wiadomo o tym mechanizmie, dopóki Robert Horvitz ‘68 i inni badacze nie zidentyfikowali i opisali proces zaprogramowanej śmierci komórki. Ich praca przyniosła im w 2002 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.
W czasie [Horvitz rozpoczął badania] większość naukowców uważała, że komórki umierają, ponieważ nie mają wyboru, mówi Craig B. Thompson, przewodniczący Wydziału Biologii Nowotworów na Uniwersytecie Pensylwanii. Naukowcy wierzyli, że komórki umierają, gdy zostały pozbawione tlenu lub uszkodzone przez coś w ich środowisku.
Opierając się na wstępnych pracach Sydneya Brennera i Johna E. Sulstona, naukowców, z którymi dzielił zeszłoroczną Nagrodę Nobla, Horvitz zidentyfikował określone geny, które wywołują śmierć komórki w komórkach milimetrowego nicienia żyjącego w glebie o nazwie Caenorhabditis elegans . Horvitz ustalił, że bez obecności tych genów niektóre komórki mogłyby żyć w nieskończoność. W kolejnych badaniach wykazał, że podobne geny są obecne u ludzi.
To wszystko zmieniło, mówi Thompson. Okazało się, że komórki te same się eliminują. W istocie popełniają samobójstwo. Poprzez udowodnienie składnika genetycznego Horvitz był w stanie wykazać, że zaprogramowana śmierć komórki jest normalnym, podstawowym i kontrolowanym procesem biologicznym w komórkach.
Droga Horvitza do Nobla nie była do końca przewidywalna. Jako licencjat MIT ukończył studia z matematyki i ekonomii. Ale powiedział społeczności MIT na wykładzie na kampusie zeszłej jesieni, że były późne lata 60. i chciałem zrobić coś innego.
Dla niego coś innego oznaczało przeprowadzkę przez miasto, by zrobić doktorat z biologii w laboratorium Jamesa Watsona na Uniwersytecie Harvarda, który wraz z Francisem Crickiem odkrył strukturę DNA i potwierdził, że zawiera ono informacje dziedziczne. Watson współpracował z dwoma innymi naukowcami w swoim laboratorium, Wallym Gilbertem i Klausem Weberem. Horvitz pamięta, że trojka była niesamowicie stymulująca. Ich połączone szkolenie sprawiło, że nie bałem się podejść do jakiegokolwiek nowego problemu w jakimkolwiek kontekście, mówi. Horvitz podtrzymywał tę mentalność podczas swojego stażu podoktorskiego, który rozpoczął w 1974 pod kierunkiem Sydneya Brennera w Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology w Cambridge w Anglii.
Dołączenie do laboratorium Brennera było dla Horvitza naturalnym wyborem. Brennerowi przypisywano uświadomienie sobie, że ze względu na swoją prostotę, C. elegans stanowi idealny model do badania różnicowania komórek i rozwoju narządów. Dorosły nicienie składa się tylko z 959 komórek; rośnie od jaja do dojrzałości w zaledwie trzy dni; a ponieważ jest przezroczysty, można go łatwo monitorować pod mikroskopem. Horvitz chciał zbadać układ nerwowy za pomocą genetyki. Perspektywa połączenia genetyki i neurobiologii na początku lat 70. pozostawiała niewiele opcji, a to, co słyszałem o Sydney i jego robakach, jak mówi, było bardzo atrakcyjne.
John Sulston dołączył do laboratorium Brennera w 1969 roku. Pracując z Horvitzem, Sulston zmapował całą linię komórkową – od zapłodnionego jaja do dorosłego organizmu – C. elegans . Dzięki mapie Sulston był w stanie wykazać, że osoba dorosła C. elegans zawsze zawiera dokładnie 959 komórek. Co więcej, każdy C. elegans generuje dokładnie 1090 ogniw w ciągu swojego życia. Oznacza to, że w każdym nicieniu te same 131 komórek podąża dokładnie tą samą ścieżką i umiera dokładnie w tym samym czasie życia. Horvitz mówi, że jego praca Nobla zaczęła się od poszukiwania, jak i dlaczego te komórki umierają.
W 1978 Horvitz powrócił do MIT jako asystent profesora biologii i kontynuował swoją wczesną pracę z genami C. elegans . Odkrył geny Ced-9, Ced-4 i Ced-3, a wraz z innymi w swoim laboratorium określił ich podstawową ścieżkę genetyczną: Ced-3 jest zabójcą; Ced-4 działa, zmuszając Ced-3 do zabijania; a Ced-9 jest genem ochronnym. Gdy Ced-9 jest włączony, powstrzymuje Ced-4 przed wywołaniem Ced-3. Co jeszcze bardziej niezwykłe, Horvitz zdał sobie sprawę, że zaprogramowana ścieżka śmierci komórki jest zasadniczo taka sama w bardziej złożonych organizmach.
Horvitz opublikował swój pierwszy artykuł opisujący tę ścieżkę w: C. elegans w 1986 roku, ale na początku lat 90. jego laboratorium było w stanie wykazać istnienie ludzkich odpowiedników C. elegans genów, że firmy farmaceutyczne zaczęły badać terapeutyczny potencjał badań Horvitza.
Dziedzina naprawdę nabrała rozpędu w ciągu ostatnich 10 lat, powiedział Junying Yuan, były absolwent Harvardu, który był jednym z doradców Horvitza w jego laboratorium. Teraz profesor biologii komórki w Harvard Medical School, mówi Yuan: Kiedy opublikowałem swoją pracę magisterską w laboratorium Boba w 1993 roku, w tym roku opublikowano około 100 artykułów na temat zaprogramowanej śmierci komórki. Teraz jest ich więcej jak 100 tygodniowo.
Niezależnie od wpływu, jaki jego odkrycia mogą mieć na leczenie chorób, prace Horvitza wpłynęły już na sposób, w jaki biolodzy rozwojowi myślą o rozwoju komórek i tkanek. Wykazał, że zaprogramowana śmierć komórki jest fundamentalnym, genetycznie kontrolowanym procesem biologicznym, a jego odkrycie, że zaprogramowana śmierć komórki przebiega prawie tak samo we wszystkich rodzajach organizmów, pokazuje zasadę uniwersalności biologicznej.
W swoim wykładzie na kampusie zeszłej jesieni Horvitz, obecnie profesor biologii raka w Instytucie im. Davida H. Kocha, wskazał, że niezależnie od tego, czy organizm jest robakiem, muszką owocową, drożdżami czy człowiekiem, we wszystkich z nas, które są uderzająco podobne.