Физиология және медицина бойынша Нобель сыйлығы - 2012 • Вера Башмакова, Алексей Паевский • «Элементтер» бойынша ғылым жаңалықтары • Нобель сыйлығы, генетика, биотехнология

Физиология және медицина бойынша Нобель сыйлығы – 2012 ж

2012 жылғы физиология және медицина бойынша Нобель сыйлығының лауреаттары Джон Бердран Гурдон және Шинья Яманака (Shinya Yamanaka). Суреттер www.smh.com.au және www.ucsf.edu

2012 жылдың 8 қазанында келесі Нобель апталығы басталды. Дәстүр бойынша алғаш рет физиология немесе медицинадағы жүлделердің лауреаттарын жариялайды (не себептен, орыс тілінде әдетте физиологиядағы жүлде және медицина). Жеңімпаздар Сан-Францискодағы Глэдстон Жүрек-қан тамырлары аурулары институтының қызметкері (Сан-Францискодағы Гладстоунның жүрек-тамыр аурулары институты) қызметкері Джон Бердранд Гурдон (Cambridge Gurdon Institute) және Жапонияның Синья Яманака (Shinya Yamanaka) Киото университеті (Киото университеті). Швед, орыс, француз және неміс тілдерінде айтылған Нобель комитеті ресми түрде айтылғандай, Нобель өзі еркін сөйледі, «жіктелген жасушаларды плюрипотентпен қайта бағдарламалау мүмкіндігін ашу» үшін марапатталды.

1901 жылдан бері физиология және медицина бойынша Нобель сыйлығы 103 рет берілді. 1915-1918, 1921, 1925, 1940-1942 жж. Сыйлықтар берілмеді. Бірінші жеңімпаз Эмиль фон Берингге дифтериямен күресте маңызды қадамға айналған сарысу терапиясын жасау үшін келді.

2012 жылы Нобель сыйлығы 200 марапатқа ие болды: Гурдон және Яманака осы номинацияда 200-ші және 201-ші Нобель сыйлығының лауреаты атанды.

Осы уақытқа дейін марапаттау тарихында екі жеңімпаз болған жоқ. Лауреаттар қатарында – 10 адам («жаратылыстану ғылымдары» марапаттарының арасында бұл рекорд: физикада тек химия саласында – 4, ал тек екі наградасы бар).

Нобель қорының Жарғысының 4-бабына сәйкес, бір немесе екі жұмыс мезгілде көтермеленуі мүмкін, алайда жеңімпаздардың жалпы саны үшеуден аспауы керек. Физиология және медицинада 103 жүлдеден 38 жеңімпаз бір лауреат, 32 жүлде екі лауреат, 33 – үшеуі арасында бөлінді.

Иван Павлов (1904) және Илья Мечников (1908) осы наградаға Ресейдің екі ғана лауреаты. Осылайша, бұл номинацияда біз «Нобель» орыс ғасырынан артық көрмедік.

Алдыңғы жеңімпаздардың орташа жасы – 57 жас. Ең кішісі – 32 жастағы (1923) лауреат атанған Фредерик Бантинг. 87 жастағы (1966) марапатқа ие болған Peyton Rous ең үлкені. Айтпақшы, ежелгі аман қалған лауреат физиология мен медицинада да бар. Нақтырақ айтқанда – ең егде жастағы адамдар. 1986 жылы марапатталған Рита Леви-Монтальцини сәуір айында өзінің 103-жылдығын атап өтті.

Және тағы екі қызықты факт.1959 жылы физиология және медицина бойынша Нобель сыйлығының лауреаты Артур Корнбергтің ұлы, Роджер Корнберг 2006 жылы химия бойынша Нобелдік болды. Нобель сыйлығының экономика бойынша бірінші жүлдегері Ян Тинбергеннің (1969) туған ағасы Николаас Тинберген 1973 жылы физиология және медицина бойынша Нобель сыйлығын алды.

Еске салайық, өткен жылы үш ғалым физиология мен медицинада жүлде алды. Джулф Хоффман мен Брюс Буклер туа біткен иммунитетті белсендіру үшін марапаттарға ие болды, ал Ральф Стейнман дендрит жасушаларын ашып, олардың иммунитеті үшін маңыздылығын зерделеді. Дегенмен Стейнман Нобель комитеті шешім қабылдағанға дейін бірнеше сағат қайтыс болғанымен, жүлде онымен қалды.

Екі ұрпақтың жеңімпаздары

Айта кету керек, биылғы жылдың екі жеңімпазы тағдырдың қасіретінен ерекше «рифм». Екеуі де дәстүрлі мәдениетке – британдық және жапондықтарға тиесілі. Сол жылы екінші дүниеге келген кезде «Бірінші Нобельдік мақала» жарық көрді (Гурдон 30 жасқа толды: 1933 жылы дүниеге келді, 1962 жылы Яманака).

Бұдан басқа, «Нобель сыйлығы» – Гердон мен Яманаканың бірге бірінші сыйлық емес.2009 жылы олар «Альберт Ласкер» сыйлығының лауреаты атанды («Медицинадағы екінші америкалық Нобель сыйлығы», олар оны атаған). Айтпақшы, осы номинацияның лауреаттарының жартысы Нобель сыйлығын алады.

Бірақ олар медицинада беделді израильдік қасқыр сыйлығына ие болды, бірақ бөлек – Гердон 1989 жылы және Яманака 2011 жылы. Ғалымдар алған басқа да көптеген марапаттарға қоса, Яманака Мыңжылдықтың беделді технологиялық сыйлығының лауреаты.

«Аға» лауреаты тағы да құрметті марапаттарға ие болды. 1995 жылдың маусым айында Джон Бертран Гурдон «Бакалавр Рыцарь» атағына ие болды және оның атына «Сэр» деген атауды қосу құқығын алды. 2004 жылы Кембридждің Cell Biology және Cancer Institute қайырымдылық қорларымен Goodcome Trust және Cancer Research UK қайырымдылық қорларымен Гордон Институты.

Джердон мен Яманакидің еңбегі дерлік барлық комментаторлар болып табылады. Нобель комитеті «қабырғасында» құттықтаудың көптеген авторлары оларды адамзат тарихында «жаңа дәуір» деп атайды.

40 жылдан астам уақыттан бері жұмыс істеп келе жатқан түрлі ұрпаққа жататын осы ғалымдар ғылымда қандай серпіліс жасады?

Бұл сұраққа жауап беру үшін алыстан бастау керек.

Ісік клеткалары, сол жерде және артында

Әрбір көп клеткалы ағза бір-бірінен өте ерекшеленетін көптеген түрлерден тұрады – мысалы, эритроциттерді, қызыл қан клеткаларын, сүйек жасушалары мен остеобласттарды салыстыру. Алайда, барлық соматикалық клетка түрлерінде – гепатоциттерден нейронға дейін сақталатын генетикалық ақпарат мүлдем бірдей. Бұл қалай мүмкін?

Жауап қарапайым: түрлі гендер әртүрлі жасушалық түрлерде көрсетілген. Яғни, дегенмен тұтас барлық жасушалардың геномы бірдей, бірақ әрекет етуӘрбір жасушаның геномының жұмысшы бөлшегі әртүрлі, ал екі жасушадағы геномның бұл «жұмысшы» бөліктері неғұрлым көп болса, онда клеткалардың өзі бір-бірінен ерекшеленеді.

Бұл жерде тағы бір сұрақ туындайды: неге Түрлі жасуша түрлерінің гендік өрнекте айырмашылығы бар ма? Александр Марков бұл сұраққа керемет жауап берді, мен бұл туралы қысқаша айтып беремін.

Өздеріңіз білетіндей, әрбір көп жасушалы ағза бір клеткадан – зиготтардан дамиды. Алғашқы бөлімдерде зигота дерлік бірдей ұяшықтарды береді, бірақ кейінгі бөліну нәтижесінде алынған жасушалар арасындағы айырмашылықтар артады.Мұның себебі – ұрықтың әр түрлі клеткалары әртүрлі жағдайларда. Біріншіден, зиготаның өзі асимметриялық болып табылады және оның әртүрлі бөліктеріндегі түрлі заттардың тығыздығы әр түрлі, сондықтан циготты бөлу кезінде цитоплазманың бір немесе басқа бөлігін «мұраға» беретін жасушалар бір-бірінен аздап ерекшеленеді. Екіншіден, ауырлық сияқты белгілі бір физикалық параметрлер эмбрионның әр түрлі бөліктеріндегі жасушаларды әртүрлі түрде қозғайды: эмбрионның төменгі бөлігіндегі жасуша басқа клеткалар жоқ жерде, ал екінші жағында – жоғарғы бөліктегі ұяшық, керісінше, сонда онда басқа клеткалар бар. Үшіншіден, бірте-бірте жасушалар бір-біріне әсер ете бастайды: көрші заттар шығарған заттар жасушаның метаболизмін өзгертеді, онда белгілі бір геннің өрнегін бастайды немесе өшіреді және оның тағдырын анықтайды. Тағыда басқа.

Осылайша, әрбір бөлімшеде жасушалар бір-бірінен және олардың пайда болған зиготаларынан әр түрлі болады. Біртіндеп жасушалар үш қабатты құрайды – сыртқы (эктодерма), медиана (мезодерма) және ішкі (эндодерма). Содан кейін жасушалар мен осы үш қабатта көрші клеткалардың әсерінен және әртүрлі физикалық факторлардың әсерінен бір-бірінен көбірек ерекшелене бастайды және сайып келгенде дененің барлық органдарын және тіндерін құрайды.Осылайша, түпкілікті дифференциалданған (яғни, мүлдем мамандандырылған) жасушалар толығымен недифференцирленбеген зигаттардан алынады.

Дегенмен, терминалдағы дифференциацияланған клеткалардың негізгі кемшілігі бар: олар бөлісе алмайды. Ал ерте ме, кеш ерте қартайғандықтан, денеде бір жерде сараланған жасушалардың сарқылмайтын қорлары болмаса, денесі өте тез тозады және өледі.

Және мұндай ресурс бар. Бұл «жасуша» деп аталады (1908). Осындай клеткалардың болуы постулирленгенін және олардың атын 1908 жылы ұлы орыс ғалымы Александр Максимов ойлап тапқанына қуаныштымын. Ересек организмдегі діңгек жасушаларының ұрпақтары, суретте көрсетілген схемаға сәйкес, тіндерді үнемі жаңартады. 1. Әрбір тінге, тіпті жүрек пен жүйкеге де, өздерінің бұрынғы қалпына келтіруге қабілетсіз деп есептейтін діңгек жасушаларының өз қоймасы бар. Тін көбінесе жаңартылады, оның неғұрлым көбірек жасушалары бар: мысалы, тері бағаналы жасушалар нейрондық қарағанда әлдеқайда көп. Әрбір жасуша бірнеше типтегі клеткалардан тұрады және бұл матаның шеміршек жасушалары олардың кез келгенін тудыруы мүмкін, бірақ басқа біреудің емес, туыс емес ұлпалардың клеткаларына.Мысалы, гемопоэтические бағаналы жасушалар қан клеткаларына ғана көтере алады, бірақ олар нейронды бере алмайды. Ісік клеткалары үнемі бөлінеді, бірақ өте сирек; егер мата зақымдалған болса және жедел қалпына келтіру қажет болса, олар белсенді түрде бөлісе бастайды. Көптеген (жетілген ағзалардың) бағаналы жасушалары жаңа туған нәрестелерде; жасымен олардың саны бірте-бірте азаяды, бірақ олар тым қартайған кезде де жұмыс істей береді.

Сурет. 1. Ісік клеткаларының бөліну диаграммасы және дифференциация. A – діңгек жасушасы. B – прекурсорлық жасушалар. C – сараланған ұяшық. Әрбір діңгек жасушасы симметриялы түрде бөлісе алады, сол екі бағаналы жасушаны1) немесе асимметриялы түрде бір бағаналы жасушаны және бір прекурсорлық жасушаны2). Precursor ұясы да бөлінеді (3); қыздарының жасушалары4) және дененің нақты тінінде орын алады. En.wikipedia.org сайтынан алынған сурет. (Гемото-тестикалық тосқауылда діңгек жасушасының ұрпақтарын біртіндеп саралау үшін неғұрлым егжей-тегжейлі схеманы сынған жоқ, бірақ жаңартылады), 1-сурет)

Қорытындылау. Біздің алдымызда діңгек жасушаларының бірнеше түрі бар.

Ең әмбебап бағаналы жасуша – бұл зигота. Бұл денедегі жасушалардың барлық түрлерін, сондай-ақ, дәлірек айтқанда, денені емес – плацента жасушаларының пайда болуын тудырады. Бластомерлер бірдей қасиетке ие – зиготаның алғашқы бірнеше бөлімдерінде пайда болған жасушалар. Бүкіл организмді зиготадан немесе бластомерден өсіруге болады. Мұндай жасушалар шақырылады тотемотент бағаналы жасушалар.

Біршама аз кем дегенде әмбебап жасушалар келесі эмбриональды бөлімдерде (шәует қабаттарына бөлінгенге дейін) қалыптасады. Олар плацентаның емес, дененің барлық жасушаларын көтере алады, сондықтан мұндай жаңа клетканың біреуінен мүлдем жаңа ағзаны өсіре алмайды. Бұл жасушалар шақырылады плюрипотент бағаналы жасушалар (PSC).

Барсол мамандандырылған multipotent діңгек жасушалары, яғни организмге тән түрлі клеткалық түрлердің пайда болуына әкелетін, бірақ бәрі емес. Мультипотентті жасушалар, яғни «көп немесе аз күшті» деп айтуға болады, яғни олар жасуша түрлерін көбірек немесе азайта алады. Көппотентті жасушалар жоғарыда аталған ересек организмде белсенді болып келетін кейбір бағаналы жасушаларды қамтиды.Мультипотентті жасушалардың ұрпақтарын біртіндеп саралау әкеледі олигопотент (жасуша түрлерінің аз ғана санының пайда болуына алып келеді) және непотентным (тек бір типті тудыратын) жасушалар.

Осылайша, тірі организмнің жолы біртіндеп сараланған жол болып табылады: бағаналы жасушалардың барлық өзгерістері «қуаттың» (немесе оның толық жоғалуының) төмендеуіне әкеледі. Тотипотент жасушалары көпіршігіне айналдырады, олар өте көп және т.б.

Бірақ шынайы ғалым оны қалай болған емес екендігін табу керек. Шын мәнінде, осы іздеу үшін (табысты болды) Нобель сыйлығының Джон Гордон және Синья Яманака дүйсенбі күні алды.

Ab ovo

Гурдонмен жұмыс істей беріңіз. 1962 жылы Нобель эксперименттерін өткізді, сол кездегі ұмытылған кезеңде ешкім геномды секвенирлеу туралы ойламаған кезде, діңгек жасушаларын білу дәрістердің жыл сайынғы курсынан өтті және танымал HeLa жасушасының желісі тек он жыл болды.

Гердон дифференциацияланған жасушаның ядросы жаңа организмді тудыру үшін жеткілікті ақпаратқа ие ма деген сұраққа жауап таба бастады.(Біз жауапты білеміз, бірақ елу жыл бұрын бұл жауап мүлдем анық емес еді.)

Гурдон өте қарапайым нәрсе жасады – ол жұмыртқаның жасушасына жасанды лапаны алып алдыXenopus laevis) жойылған ядросымен, бір түрдің алабының дифференцирленген жасушасының ядросы (ішек эпителиінің жасушалары) бар. Бірнеше эксперимент талап етті, бірақ нәтижесінде зерттеуші мұндай «химерикалық» жұмыртқаны жақсы тамақтандыруға қол жеткізді. (Біз Гердонға дейін ұқсас, бірақ сәтсіз эксперименттер жүргізілген жақшаларда атап өтеміз, Джердон өз предшественникишамаменшыдамдылық және табандылық).

Сурет. 2 Гурдон эксперименттерінің диаграммасы. Ол жұмыртқа талшықтарының ультракүлгін ядросымен жойылды Xenopus laevis (1), онда бір түрдің жыртқыш дифференцирленген ішек жасушасынан алынған ядро2), соның нәтижесінде жұмыртқадан жасыл бөренелер дамыды, содан кейін ересек лягушка3). Сол сияқты, сүтқоректілерді де алуға болады (4). Www.nobelprize.org сайтынан сурет

Бұл үлкен серпіліс болды. Гурдонның нәтижесінен тез арада көптеген тұжырымдар жасалды, оның бастысы: дифференциация – қайтарымсыз нәрсе.Тіпті қолайлы жағдайларда орналастырылған дифференциалды жасушаның ядросы да жаңа ағзаны тудыруы мүмкін. Гирдонның ашылуы, дифференциация және «негіз» туралы бұрынғы идеяларды айналдырып, Сингхи Яманакидің жұмысына сүтқоректілердің клондауынан (бірінші қойдың клондалғанынан) көптеген зерттеулердің толқынын туғызды.

Айтпақшы, «клондау» сөзі Гердон шығармаларына байланысты болды. 1963 жылы белгілі британдық биолог және ғылымның танымал адамы Джон Халдане Гердонның нәтижелерін сипаттап, «ересек» ядросынан шыққан бұқаға қатысты «клон» сөзін алғаш қолданғандардың бірі болды. Бұршақ әлі күнге дейін Хердондың ең сүйікті «ойыншықшасы» болып саналады – ғалымның жеке бетінен өткен жылғы жұмысына сілтеме жасаған, ол әлі де жұмыртқаны Xenopus.

40 жылдан кейін

Яманаки не істеді? Гурдоннан гөрі революциялық және естімеген нәрсе. 2006 жылы ол ядролық трансплантациясыз – толықтай сараланған тінтуірдің фибробластын (тері жасушасын) плюрипотентальді діңгек жасушасына айналдыру үшін басқарады (мұндай жасушалар индуцирленген плюрипотентальды бағаналы жасушалар, iPSC немесе iPSC деп аталады).Бұған оның қалай қол жеткізгенін айтып бермес бұрын, келбетімізді біршама төмендете түсейік.

Гурдон эксперименттерінің арқасында ғылым үлкен жетістіктерге жетіп, геннің клеткаға енгізілуіне мүмкіндік беретін нәзік техника әзірленіп, осылайша осы жасушадағы кодталған ақуыздың көрінісін тудырады. Жасушаларды клеткаға жабыстыру үшін пайдаланылатын негізгі «көлік құралдары» бірі – вирус, оның ішінде ретровирус. Вирустың геномында қауіпті генетикалық материалды кесу арқылы «бос орын» босатылады, ал қажетті протеиндердің гендері осы жерге тігіледі. Вирус клеткаға зиян келтіреді, бірақ оның вирустық ДНҚ орнына бұл гендерді жасушаның геномына енгізеді. Гендер клеткаға әртүрлі физиологиялық процестерге әсер етеді және басқа гендердің өрнегін көрсетеді және осылайша клетканың тағдырын өзгертеді. Бұл туралы толығырақ «Молекулалық клондау, немесе жасушадағы бөтен генетикалық материалды қалай орналастыру керек» деген мақалада білуге ​​болады.

Яманакидің эксперименттеріне оралайық. Жоғарыда айтылғандай, әртүрлі клеткалар бір-бірінен белгілі бір гендердің түрлі көріністері бойынша ерекшеленеді.Яманака мен оның командасы дифференцирленген және эмбрионалды жасушалардағы гендік көріністі салыстырды. Олар өсіп келе жатқан бағаналы жасушаларға тән бірнеше ондаған гендерді анықтады. Түрлі комбинацияларда олар осы гендерді дифференциациялауға мәжбүрлеу үшін молекулалық клондау арқылы сараланған жасушаларға енгізді.

Содан кейін серпіліс келді. Ұзақ эксперименттерден кейін Яманака дифференциалды жасушаны плюрипотент бағанына қайта жазуды көрсетті, бұл бүкіл төртеуі гендер! Осы гендердің атауын «стих» биологтары үшін музыкалық дыбыста жазады және олар түн ортасында оятуда: Окт3 / 4, Sox2, Klf4 және c-myc.

Бірақ бұл бәрі емес. Яманака алынған плюрипотентальді бағаналы жасушалар әртүрлі ұлпалардың, мысалы, жүйке немесе ішек тіндерінің жасушаларына кері әсер етуі мүмкін екендігін көрсетті, яғни кері дифференциациялауды және кейін қайтадан алға. Ол ғалымдарға жүрек қалаған нәрселерді саралаумен жасауға болатын қарапайым құралдарды берді. Бұл ашылу ғылыми әлемді сөзбе-сөз аударған.

Сурет. 3 Yamanaki эксперименттерінің диаграммасы. Төрт ақуыз гені (1) тінтуірден алынған дифференциалды фибробластқа2). Бұл фибробласт плюрипотент діңгек жасушасына айналады (3), одан кейін ересек мышиналы ағзаны алуға болады (4). IPS жасушаларының ересектерге арналған тышқаны әлі Yamanaka тарапынан алынбағанын ескеріңіз. Www.nobelprize.org сайтынан сурет

Яманакидің жұмысы жақында өткізілгендіктен, ол кейінгі жұмысдан «Геронның» жұмысы сияқты ұзақ уақыт «эхо» тудырды. Алайда бұл тақырып тез дамып келеді. Соңғы алты жылда Яманаки дифференциалданған жасушалардың бір түрін екіншісіне ауыстыру әдісін жасады. айналып өту Ісік клеткаларының сатысы. Сондай-ақ, эмбрионнан кейін IPS клеткаларынан ересек мышинаны алуға мүмкіндік беретін қытайлық ғалымдардың еңбегін айтқан жөн (Xiao-Yang Zhao, Wei Li және т.б., 2009. iPS жасушалары). Басқаша айтқанда, дифференциалды және бағаналы жасушалармен жұмыс жасауда ғалымдардың барлық қозғалысына кедергі келтіретін тығыз тізбектер құлап түсті және бұрын тіпті армандай алмайтын үлкен көлемде зерттеулер жүргізуге мүмкіндік болды.

Яманакидің жұмысының тағы бір маңызды нәтижесін атап өту керек.Бұған дейін адамның плюрипотентлі жасушалары эмбрионды жасушалардан (демек олар эмбриональды бағаналы жасушалар деп аталатын) салыстырмалы түрде азғындық жолмен алынды. Кейбір елдерде олардың қолданылуына тыйым салынған, ал басқаларында – елеулі құқықтық қиындықтарға байланысты. Яманакидің ашылуы адамзатқа көптеген адамның ар-ұжданына ешқандай дақ қалдырмайтын көпқабатты жасушалардың дерлік таусылмайтын қорын көрсетті.

Лауреаттардың түпнұсқа мақалалары:
1) Дж. Б. Гурдон Ішек эпителийлі тамақтандыруға арналған ядролардың дамыған қуаты // J Embryol Exp Морфол. V. 10. P. 622-640. Желтоқсан 1962.
2) Қазутоши Такахаши, Кожи Танабе, Мари Охнуки, Мегуми Нарита, Томоко Ичисака, Киичиро Томода, Шинья Яманака. Белгіленген факторлар бойынша ересек факторлардан шыққан плюрипотентальді жасушаларды индукциялау // Cell. V. 131. 5-шығарылым. 861-872. 2007 жылғы 30 қараша.


Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

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