Większość żywych komórek (bardzo skomplikowanych maszynerii) po to, by działać, musi mieć komórkowego szefa. Szefem tym są geny, a pod względem chemicznym jest to kwas deoksyrybonukleinowy, w skrócie DNA.
Jeśli komórka się nie dzieli, komórkowego DNA nie widać - jest ono rozciągnięte i rozproszone. Gdy jednak dochodzi do podziału, DNA ulega silnej kondensacji i można je bez trudu dostrzec w mikroskopie pod postacią chromosomów. Przed podziałem w komórce zachodzi jeszcze jeden istotny proces - szefa, a więc całe DNA, trzeba dokładnie powielić. Będzie musiał on służyć już nie jednej, ale dwóm komórkom potomnym.
Okazuje się, że z tym powielaniem jest pewien problem. O ile wszystko dość łatwo idzie na znacznej długości DNA, o tyle jest kłopot z końcami chromosomów.
Końcówki owe od dawna frapowały naukowców.
Zaczęło się od innych noblistów
O ich istnieniu poinformowała w latach 30. dwójka amerykańskich genetyków - Barbara McClintock (Nobel w 1983 r.) i Hermann Muller (Nobel w 1946 r.). Bez tych dziwnych struktur chromosomy kleją się do siebie i rozpadają - twierdzili badacze. Nazwano je telomerami z greckiego telos - koniec i meros - część. McClintock i Muller przypuszczali, że telomery chronią chromosomy przed uszkodzeniem, ale jak się to dzieje, nikt nie miał pojęcia. Zaczęto je jedynie porównywać do metalowych skuwek chroniących końce sznurowadeł w butach.
W latach 50., kiedy biologowie już lepiej rozumieli, w jaki sposób komórka powiela geny, wyszedł na jaw wspomniany kłopot z kopiowaniem końcówek chromosomów. Wydawało się, że z każdym podziałem komórki telomery ulegają skróceniu. Dzieje się tak stopniowo aż do całkowitego zniszczenia telomerów, a potem - jak sądzono - komórka umiera. Sukcesywne skracanie się telomerów wyjaśniałoby więc, dlaczego nie możemy żyć wiecznie.
Dokładniejsze badania wykazały jednak, że telomery wcale nie muszą się kurczyć. Rozwiązanie tych dwóch zagadek - w jaki sposób chromosomy mogą odtwarzać się bez uszczerbku w czasie podziału komórki, a także jaki enzym zabezpiecza je przed zniszczeniem - zasłużyło zdaniem Komitetu Noblowskiego na tegoroczną nagrodę z fizjologii i medycyny.
Wszystko dzięki tetrahymenie
Elizabeth Blackburn (jedna z trojga nagrodzonych) na początku naukowej kariery mapowała sekwencje DNA, czyli odcyfrowywała litera po literze jego chemiczną budowę. Ulubionym obiektem jej badań była malutka jednokomórkowa Tetrahymena, przedstawiciel orzęsków (należy do nich też znany z lekcji biologii pantofelek).
Blackburn zorientowała się, że DNA na końcówkach chromosomów tetrahymeny ma szczególną budowę. Są to krótkie, wielokrotnie powtarzające się sekwencje, w przypadku tego akurat organizmu - CCCCAA.
W tym samym czasie młody, zdolny biolog o polsko brzmiącym nazwisku Jack Szostak zauważył, że gdy do komórki drożdży wprowadzi się wyprodukowane w laboratorium sztuczne mikrochromosomy, szybko ulegają one zniszczeniu. Komórkowe enzymy tną obce DNA jak nożyczki i po pewnym czasie po sztucznym chromosomie nie ma ani śladu.
Kiedy Elizabeth Blackburn podczas konferencji w 1980 r. opowiedziała o szczególnych powtarzających się sekwencjach w telomerach tetrahymeny, Jack Szostak nadstawił ucha. A gdyby tak sztuczne mikrochromosomy zabezpieczyć z obu stron telomerami?
Eleganckie doświadczenie poszło po jego myśli. Telomerowe DNA wydobyte z tetrahymeny dołączył do mikrochromosomów, a te wpakował ponownie do komórki drożdży. Tak spreparowanym strukturom nie działa się tam żadna krzywda.
To był wspaniały dowód, że po pierwsze, telomery rzeczywiście chronią chromosomy przed uszkodzeniem. Po drugie, skoro DNA z telomerów orzęska jest w stanie zadziałać w zupełnie innej komórce (drożdży), to znaczy, że chodzi tu o fundamentalny, powszechny w biologii mechanizm.
Co można odkryć w dzień Bożego Narodzenia
Pozostała trzecia rzecz do zbadania - odkryć, w jaki sposób komórka odbudowuje telomery po podziale. Dokonała tego 23-letnia studentka Carol Greider pracująca ze swoją promotorką Elizabeth Blackburn. Zdarzyło się to w szczególny dzień, kiedy rzadko kto bywa w laboratorium, w dzień Bożego Narodzenia w 1984 r.
Greider odkryła w komórkowym ekstrakcie wyraźny sygnał aktywności pewnego, nieznanego dotąd enzymu. Nazwała go wspólnie ze swoją szefową telomerazą.
Badaczki (już po świętach) dokładnie oczyściły enzym i ustaliły, na czym polega jego praca. Okazało się, że składa się on z białka i innego ważnego kwasu nukleinowego - RNA. RNA służy tu jako matryca, na bazie której odbudowywane jest telomerowe DNA.
To, co naturalnie ciekawiło naukowców najbardziej, to jaką funkcję pełni telomeraza w żywych organizmach (szybko wykryto jej aktywność także w komórkach roślin, zwierząt, człowieka).
Narzucały się tu dwa ważne procesy - starzenia się i nowotworzenia.
Być może komórki nie starzałyby się albo przynajmniej starzałyby się znacznie wolniej, gdyby "podkręcić" w nich aktywność telomerazy - zastanawiano się. Z drugiej strony zbyt wysoka aktywność enzymu mogłaby szybko obrócić się przeciw nam. Taka "podkręcona" telomeraza mogłaby sprawić, iż komórka wyrwie się spod kontroli i zacznie się dzielić bez opamiętania, a tak przecież właśnie zaczyna się rak.
Od ponad 20 lat naukowcy intensywnie badają telomerazę. Po latach dowiedziono, że enzym ten rzeczywiście bierze udział w obu wspomnianych procesach. Życie byłoby jednak zbyt piękne, gdyby za pomocą jednego enzymu - jak magicznej różdżki - potrafilibyśmy się bronić przed nowotworami (hamując aktywność telomerazy) i przed starzeniem się (podkręcając ją).
- Stworzony naprędce magiczny krem Diora z telomerazą mający zapewnić wieczną młodość skórze odszedł więc do lamusa - śmieje się prof. Ewa Bartnik z Wydziału Biologii UW i z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN. - Ale to bardzo zasłużony Nobel. Należało się całej trójce.
Serdecznie im gratuluję.
Źródło: Gazeta Wyborcza
