Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü - 2012 • Vera Bashmakova, Alexey Paevsky • "Elementler" Üzerine Bilim Haberleri • Nobel Ödülleri, Genetik, Biyoteknoloji

Fizyoloji ve Tıpta Nobel Ödülü – 2012

2012 yılında Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü, John Gordon (John Bertrand Gurdon) ve Shinya Yamanaka (Shinya Yamanaka) Kazananları. Www.smh.com.au ve www.ucsf.edu'dan fotoğraflar

8 Ekim 2012, bir sonraki Nobel haftasını başlattı. Geleneksel olarak, bir ödülün ödülünü fizyoloji ya da tıbba bildiren ilk kişi (bir sebepten ötürü Rusça'da genellikle fizyolojide ödül olarak adlandırılır) ve tıp). Kazananlar, Cambridge Gurdon Enstitüsü'nden (Gurdon Enstitüsü) Briton John Gordon (John Bertrand Gurdon) ve Japon Shinya Yamanaka (San Francisco'daki Gladstone Kardiyovasküler Hastalıklar Enstitüsü) idi. Kyoto Üniversitesi (Kyoto Üniversitesi). İsveççe, Rusça, Fransızca ve Almanca'da (Nobel'in akıcı bir şekilde konuştuğu) geleneksel olarak bildirilen Nobel Komitesi'nin resmi ifadesinde belirtildiği gibi, ödül "farklılaşmış hücrelerin pluripotent olarak yeniden programlanması olasılığını açmak" için ödüllendirildi.

1901'den beri, Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü, 103 kez ödüllendirildi. 1915-1918, 1921, 1925, 1940-1942'de ödül verilmedi. İlk kazanan Emil von Bering, difteri ile mücadelede önemli bir adım haline gelen serum terapisi oluşturmaktı.

2012 yılında, bu Nobel Ödülü 200 avantaja sahip bir engeli aştı: Gurdon ve Yamanaka bu adaylıkta 200. ve 201. Nobel ödülleri oldu.

Şimdiye kadar ödül tarihinde iki kazanan olmadı. Ödül kazananlar arasında – 10 kadın (“doğa bilimi” ödülleri arasında bu bir rekordur: fizikte, kimyada sadece iki ödül adil sekse gider – 4).

Nobel Vakfı Tüzüğünün 4. maddesine göre, bir veya iki eser aynı anda teşvik edilebilir, ancak toplam kazanılanların sayısı üçü geçmemelidir. Fizyoloji ve tıpta 103 ödülün arasından 38'i bir ödül, 32'si iki ödül arasında, 33'ü ise üçü arasında kazanıldı.

Bu ödülün sadece iki Rus ödülü var: Ivan Pavlov (1904) ve Ilya Mechnikov (1908). Yani bu adaylıkta Rus "Nobel" bir asırdan fazla bir süredir görmedik.

Bir önceki galiplerin ortalama yaşı 57'dir. En genç, 32 yaşında (1923) bir ödül kazanan Frederik Banting. En eskisi 87 yaşında (1966) ödül alan Peyton Rous. Bu arada, hayatta kalan en yaşlı ödüllü fizyoloji ve tıpta da. Daha doğrusu – en yaşlılar. 1986'da ödül kazanan Rita Levi-Montalcini, nisan ayında 103. doğum gününü kutladı.

Ve iki daha ilginç gerçekler.1959 yılında Nobel'de fizyoloji ve tıp dalında Arthur Kornberg'in oğlu olan Roger Kornberg, 2006 yılında kimyada Nobelian oldu. Ve ekonomi alanında ilk Nobel Ödülü sahibi Jan Tinbergen'in (1969) kardeşi Nikolaas Tinbergen 1973'te Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü'nü kazandı.

Geçen yıl üç bilim adamının fizyoloji ve tıp alanında ödülü aldığını hatırlayın. Jules Hoffman ve Bruce Beetler, doğuştan gelen bağışıklığı aktive etmek için ödüller ve Ralph Steinman, dendritik hücrelerin keşfinden ve kazanılmış bağışıklık için önemlerini araştırdıkları için ödüller aldı. Ve Steinman kararın Nobel Komitesi tarafından alınmasından birkaç saat önce ölmesine rağmen, ödül onun yanında kaldı.

İki kuşak kazananlar

Bu yılın iki kazananının, kaderin nezdinde, sıra dışı bir şekilde "kafiye" dediği söylenmelidir. Her ikisi de en geleneksel kültürlere ait – İngiliz ve Japon. O yıl, ikincisi doğduğunda, “ilkinin Nobel makalesi” yayınlandı (Gurdon neredeyse 30 yaş büyük: 1933'te doğdu ve 1962'de Yamanaka).

Buna ek olarak, "Nobel Ödülü" Gerdon ve Yamanaka'nın bir araya getirdiği ilk ödül değildir.2009 yılında, Basic adaylığında Albert Lasker Şeref Ödülü'nü (tıpta “Tıpta İkinci Amerikan Nobel Ödülü”) kazandılar. Bu arada, bu adayın ödüllerinin neredeyse yarısı, Nobel Ödülü'nü aldı.

Fakat tıp alanında hem prestijli İsrailli Wolf Ödülü'nü aldılar, hem de ayrı ayrı – 1989'da Gerdon ve 2011'de Yamanaka. Her iki bilim insanı tarafından alınan birçok ödülün yanı sıra Yamanaka, prestijli Millennium teknolojik ödülünün de sahibi oldu.

“Kıdemli” ödül sahibi daha fazla onur ödülü aldı. 1995 yılının Haziran ayında, John Bertrand Gurdon Bachelor Knight unvanını ve ismine “Efendim” ünvanını ekleme hakkını aldı ve 2004'te daha da ağır bir tanınma elde etti: Cambridge Institute of Cell Biology ve Cancer Vakfı yardımsever kuruluşları Wellcome Trust ve Cancer Research UK ile yeniden adlandırıldı Gordon Enstitüsü.

Hemen hemen bütün yorumcular Gerdon ve Yamanaki'nin çalışmalarını atılımlar olarak işaret ediyor. Nobel Komitesi'nin “duvarına” tebrik eden birçok yazar, insanlık tarihinde onlara “yeni bir çağ” derler.

Bilimde ne tür bir atılım, farklı nesillere ait olan ve 40 yılı aşkın bir süredir paylaştığı bu bilim adamlarını yaptı?

Bu soruyu cevaplamak için uzaktan başlamak zorunda kalacak.

Kök hücreleri, ya da orada ve geri

Her bir çok hücreli organizma, birbirinden çok farklı olabilen birçok hücre tipinden oluşur – örneğin kırmızı kan hücreleri, kırmızı kan hücreleri, kemik hücreleri, osteoblastlar. Bununla birlikte, tüm somatik hücre tiplerinde saklanan genetik bilgiler – hepatositden nörona – tamamen aynıdır. Bu nasıl mümkün olabilir?

Cevap basit: Farklı hücre tipleri farklı genler ile ifade edilir. Bu olsa bütün tüm hücrelerdeki genom aynıdır, fakat oyunculukHer bir hücre türünde genomun çalışma kısmı farklıdır ve iki hücrede daha farklı olan bu "çalışma" kısımları genomdur, hücrelerin kendileri birbirlerinden daha fazla farklılık gösterir.

Ve burada başka bir soru ortaya çıkıyor: neden Farklı hücre tipleri gen ifadesinde farklı mıdır? Alexander Markov bu soruyu çoktan yanıtladı, sadece kısaca anlatacağım.

Bildiğiniz gibi, her çok hücreli organizma tek bir hücreden gelişir. İlk bölümlerde, zigot hemen hemen aynı hücreler verir, ancak sonraki her bir bölünme ile ortaya çıkan hücreler arasındaki farklar artar.Bunun nedeni, mikropun farklı hücrelerinin farklı koşullarda olmasıdır. Birincisi, zigotun kendisi asimetriktir ve farklı parçaların farklı bölümlerindeki yoğunluğu farklıdır, bu yüzden zigot bölündüğünde, sitoplazmanın bir ya da diğerinin "mirasını" alan hücreler birbirinden biraz farklı olacaktır. İkincisi, yerçekimi gibi bazı fiziksel parametreler, embriyonun farklı bölgelerindeki hücreleri farklı şekilde etkiler: embriyonun alt kısmındaki hücre, başka hücrelerin olmadığı yönde, ancak üst kısımdaki hücreyi "çeker" – tersine, orada diğer hücreler nerede. Üçüncü olarak, hücreler yavaş yavaş birbirlerini etkilemeye başlarlar: komşular tarafından salgılanan maddeler hücrenin metabolizmasını değiştirir, içindeki belirli genlerin ifadesini başlatır veya kapatır ve böylece kaderini belirleyebilir. Ve böylece.

Böylece, her bir bölünme ile hücreler, birbirlerinden ve köken aldıkları zygotlardan giderek daha farklıdır. Yavaş yavaş, hücreler üç katman oluşturur – dış (ektoderm), medyan (mesoderm) ve iç (endoderm). Daha sonra hücreler ve bu üç tabakada komşu hücrelerin ve çeşitli fiziksel faktörlerin etkisi altında birbirlerinden daha fazla farklılaşmaya başlar ve sonunda vücudun tüm organ ve dokularını oluşturur.Bu şekilde, tamamen farklılaşmamış zigotlardan terminal olarak farklılaşmış (yani, tamamen uzmanlaşan) hücreler elde edilir.

Bununla birlikte, terminal farklılaşmış hücrelerin bir büyük dezavantajı var: onlar bölünemiyor. Ve tüm bunlar er ya da geç yaşlandıkça, o zaman, eğer vücutta bir yerde farklılaşmış hücrelerin tükenmez kaynakları yok ise, vücut çok çabuk “yıpratır” ve ölür.

Ve böyle bir kaynak var. “Kök hücreler” olarak adlandırılır. Bu hücrelerin varlığının öne sürüldüğünü ve 1908'de Rus bilim adamı Alexander Maximov tarafından icat edildiğini belirtmekten memnuniyet duyuyorum. Bir yetişkin organizmada kök hücrelerin torunları, Şekil 2'de gösterilen şemaya göre dokuları sürekli yeniler. 1. Kök hücrelerin kendi deposu, her dokuda, hatta kalpte ve sinirde bile vardır; Daha sıklıkla doku yenilenir, daha fazla kök hücre vardır: örneğin, deri kök hücreleri nöral olanlardan çok daha büyüktür. Her doku birkaç hücre tipinden oluşur ve bu dokunun kök hücreleri bunlardan herhangi birine yol açabilir, ancak başka bir, doğal olmayan dokuya ait hücreler oluşturmaz.Örneğin, hematopoietik kök hücreler sadece kan hücrelerine neden olabilir, ancak nöronlar veremezler. Kök hücreler sürekli olarak bölünür, ancak çok nadiren; Dokunun hasar görmesi ve acil restorasyon gerektirmesi durumunda daha aktif olarak bölünmeye başlar. Çoğu (olgun organizmaların) kök hücreleri yenidoğan bebeklerde bulunur; yaşla birlikte, sayıları giderek azalır, ancak aşırı yaşlılıkta bile çalışmaya devam ederler.

Şek. 1. Kök hücre bölünmeleri ve farklılaşma diyagramı. bir – kök hücre. B – öncü hücre. C – farklılaşmış hücre. Her bir kök hücre, aynı kök hücrelerden ikisini vererek simetrik olarak paylaşabilir.1ya da asimetrik olarak bir kök hücre ve bir öncü hücresi (2). Öncü hücresi de bölünmüştür (3); kızın hücreleri farklılaşır (4) ve vücudun belirli bir dokusuna yerleşirler. En.wikipedia.org adresinden gelen resim. (Kök hücre türlerinin kademeli olarak ayrıştırılması için daha ayrıntılı bir şema Hemato-testiküler bariyerin içinde bulunamaz, fakat güncellenir ”, Şekil 1)

Özetlemek gerekirse. Önceliğimiz birkaç çeşit kök hücre.

En evrensel kök hücre zigottur. Vücudun her tür hücresine, yanı sıra, tam olarak vücut değil, örneğin plasenta hücrelerine yol açar. Blastomerler aynı özelliklere sahiptir – zigotun ilk birkaç bölümünde oluşan hücreler. Bütün bir organizma, bir zigot veya blastomerden yetiştirilebilir. Bu gibi hücreler denir totipotent kök hücreler.

Birkaç müteakip embriyonik bölünme sırasında (germinal tabakalara bölünmeden önce) biraz daha az evrensel hücreler oluşur. Vücudun tüm hücrelerine yol açabilirler, plasenta değil, bu yüzden yeni bir organizma böyle bir hücreden büyütülemez. Bu hücreler denir pluripotent kök hücreler (PSC).

içindeaynı uzmanlık multipotent Kök hücreler – yani, vücudun karakteristiği olan çeşitli hücre tiplerine yol açabilen fakat hepsi değil. Çok kutuplu hücreler, "daha fazla veya daha az güçlü" – yani, daha fazla veya daha az hücre türüne neden olabilirler. Çok hücreli hücreler, yukarıda bahsedilen yetişkin organizmada aktif olan bazı kök hücreleri içerir.Çok kutuplu hücrelerin torunlarının kademeli olarak farklılaşması oligopotentnyh (sadece az sayıda hücre türüne yol açar) ve unipotent Hücrelerin (sadece bir türüne yol açması).

Dolayısıyla, canlı bir organizmanın yolunun kademeli bir farklılaşma yolu olduğu ortaya çıkıyor: Kök hücrelerdeki tüm değişiklikler "potansiyel" in (hatta tamamen ortadan kalkması) bir azalmaya yol açıyor. Tootipotent hücreler pluripotent'e, çok-taneli olanlara, vb. Dönüşür, ve geriye giden yol gitmiş gibi görünür.

Ama gerçek bilim adamı, göründüğü gibi görünmüyor. Aslında, bu arama için (başarılı olduğu ortaya çıktı) Nobel Ödülleri John Gordon ve Sinya Yamanaka Pazartesi günü kabul edildi.

Ab ovo

Gurdon ile – kıdem sırasına göre – başlayalım. 1962'de Nobel deneylerini, o yarı unutulmuş zamanlarda, hiç kimsenin genomu sıralamayı düşünmediği zaman, kök hücrelerin bilgisi derslerin yıllık derslerine konulduğunda ve ünlü HeLa hücre dizisi sadece on yaşındaydı.

Gerdon, farklılaşmış bir hücrenin çekirdeğinin yeni bir organizmaya yol açmak için yeterli bilgi verip vermediği sorusuna cevap bulmaya çalıştı.(Cevabı biliyoruz, ancak elli yıl önce bu cevap hiç de açık değildi.)

Ve Gurdon çok basit bir şey yaptı – mahmuz kanatlı bir kurbağayı aldı ve nakledildi (Xenopus laevis) Aynı türün bir iribaşının farklılaşmış bir hücresinin (intestinal epitel hücrelerinin) nükleusu olan tahrip olmuş bir çekirdeğe sahip. Çok fazla deney aldı ama sonuç olarak, araştırmacı böyle bir “kimerik” yumurtadan sağlıklı bir iribaşı almayı başardı. (Parantez içinde, Gerdon'dan önce bile benzer ama başarısız deneylerin yapıldığı not edilir. Görünüşe göre, Gerdon sadece öncüllerinden farklıdır.yaklaşıksabır ve azim).

Şek. 2. Gurdon'un deneylerinin şeması. Yumurta mahmuzunda ultraviyole çekirdeği ile yok etti Xenopus laevis (1), aynı türün bir iribaşın farklılaşmış bir bağırsak hücresinden alınan bir çekirdeğe nakledildi (2), bunun sonucunda yumurtadan bir iribaş gelişti ve ardından bir yetişkin kurbağa (3). Aynı şekilde memeliler elde edilebilir (4). Www.nobelprize.org'dan görüntü

Çok büyük bir atılımdı. Gurdon'un sonuçlarından hemen sonra bir çok sonuç çıktı, bunların başlıcaları: farklılaşma tersine çevrilebilir bir şey.Farklılaşmış bir hücrenin çekirdeği bile, uygun koşullarda yerleştirildiğinde, yeni bir organizmaya yol açabilir. Girdon'un keşfi, farklılaşma ve “kök” hakkındaki tüm önceki fikirlere yöneldi ve çok sayıda çalışmanın tüm dalgasına neden oldu – memelilerin klonlanması (ilk koyun klonlanması) Xingyi Yamanaki'nin çalışmasına.

Bu arada, "klonlama" kelimesi Herdon'un eserleriyle bağlantılı olarak ortaya çıktı. 1963'te, ünlü İngiliz biyolog ve bilimci John Haldane, Gerdon'un sonuçlarını açıkladı ve "yetişkin" çekirdeğinden çıkarılan iribaşlara uygulanan "klon" kelimesini ilk kullananlardan biriydi. Ve kurbağa hala Herdon'un en sevilen “oyuncağı” – bilim insanının kişisel sayfasında, geçen yılki çalışmalarıyla ilgili linkler yayınladı. Xenopus.

40 yıl sonra

Ve Yamanaki ne yaptı? Gurdon'dan daha devrimci ve duyulmamış bir şey. 2006 yılında, nükleusun transplantasyonu olmaksızın, tamamen farklılaşmış bir fare fibroblastını (deri hücresi) bir pluripotent kök hücresine dönüştürmeyi başardı (bu tür hücreler, uyarılmış pluripotent kök hücreler, iPSC veya iPSC olarak adlandırıldı).Bunu nasıl başardığını anlatmadan önce, biraz geçmişe bakalım.

Gurdon'un deneylerinden bu yana, bilim büyük adımlar attı ve bir genin bir hücreye sokulmasına izin veren ve bu hücrede bu gen tarafından kodlanan proteinin ifadesine neden olan ince teknikler geliştirildi. Genleri bir hücreye yapıştırmak için kullanılan başlıca “araçlardan” biri, özellikle retrovirüslerde virüslerdir. Virüsün genomunda, tehlikeli genetik materyalleri keserek "boş yer açmak" ve esansiyel proteinlerin genleri bu yere dikilir. Virüs bir hücreye bulaşır, ancak viral DNA'sı yerine, bu genleri hücrenin genomuna ekler. Genler, hücredeki çeşitli fizyolojik süreçleri ve diğer genlerin ekspresyonunu ifade etmeye, etkilemeye başlar ve böylece hücrenin kaderini değiştirir. Tüm bunlarla ilgili daha fazla bilgiyi "Moleküler klonlama ya da yabancı genetik materyalin bir hücreye nasıl yerleştirileceği" başlıklı makalede okuyabilirsiniz.

Yamanaki'nin deneylerine dönelim. Daha önce bahsedildiği gibi, farklı tipteki hücreler, belirli genlerin farklı ifadelerinde birbirinden farklıdır.Yamanaka ve ekibi farklılaşmış ve embriyonik kök hücrelerde gen ekspresyonunu karşılaştırdı. Artan aktivitesi kök hücrelerin karakteristiği olan birkaç düzinelerce gen tespit ettiler. Farklı kombinasyonlarda, bu hücrelerin moleküler klonlama yoluyla farklılaşmış hücrelere yerleştirilmişlerdir, böylece bu hücreler tekrar farklılaşmaya zorlanmıştır.

Ve sonra atılım geldi. Uzun deneylerden sonra, Yamanaka farklılaşmış bir hücreyi pluripotent bir gövdeye yeniden programlamayı göstermeyi başardı, tümünün ifadesini arttırmak yeterliydi. dört genler! Müzikte bu genlerin isimleri "kök" biyologları için ses çıkarırlar ve gecenin ortasında uyanmış olsalar bile, onları vypalyat ederler: Oct3 / 4, Sox2, Klf4 ve c-myc.

Ama hepsi bu değil. Yamanaka, elde edilen pluripotent kök hücrelerin çeşitli dokularda, örneğin sinir veya bağırsak dokularında tersine farklılaşabildiğini, yani, farklılaşmayı geri aldığını ve daha sonra tekrar ileriye döndürdüğünü gösterdi. Bilim adamlarına, kalbinizin arzu ettiği her şeyden farklı olarak yapabileceğiniz, kullanımı kolay bir araç verdi. Bu keşif tam anlamıyla bilimsel dünyaya dönüştü.

Şek. 3. Deneylerin diyagramı Yamanaki. Dört protein geni (1) fareden elde edilen farklılaşmış fibroblast içine sokulur (2). Bu fibroblast pluripotent bir kök hücreye dönüşür (3), daha sonra bir yetişkin fare organizması alabilirsiniz (4). İPS hücrelerinden yetişkin farenin hala Yamanaka tarafından alınmadığını unutmayın. Www.nobelprize.org'dan görüntü

Yamanaki'nin işi nispeten yakın bir zamanda yapıldığı için, Herdon'un işi olarak sonraki çalışmalardan çok uzun olmayan bir “eko” yarattı. Ancak, bu konu hızla gelişiyor. Son altı yılda Yamanaki, bir tür farklılaşmış hücrenin diğerine dönüşümü için bir yöntem geliştirdi. geçen kök hücre aşaması. Ayrıca, inanılmaz bir teknolojinin yardımıyla (Xiao-yang Zhao, Wei Li ve diğ., 2009. İPS hücreleri) bir embriyo ve daha sonra bir yetişkin faresi olan iPS hücrelerinden almayı başarmış Çinli bilim adamlarının çalışmalarından da bahsetmek gerekir. Başka bir deyişle, bilim adamlarının farklılaşmış ve kök hücrelere sahip işteki tüm hareketlerini engelleyen sıkı zincirler düştü ve daha önce hayal bile edemediği çok fazla araştırma yapmak mümkün oldu.

Yamanaki'nin çalışmalarının bir başka önemli sonucuna dikkat edilmelidir.Bundan önce, insan pluripotent hücreleri, embriyo hücrelerinden (ve dolayısıyla embriyonik kök hücreler olarak adlandırıldı) nispeten ahlaksız bir şekilde elde edildi. Bazı ülkelerde, kullanımları ciddi hukuki zorluklar nedeniyle başkalarında yasaklanmıştır. Yamanaki'nin keşfi, insanlığa, neredeyse hiç bitmeyen bir pluripotent hücre kaynağı olduğunu ortaya çıkardı;

Ödüllerin orijinal makaleleri:
1) J. B. Gurdon Beslenme Tadpollerinin İntestinal Epitel Hücrelerinden Alınan Çekirdeklerin Geliştirilmiş Kapasitesi // J Embryol Exp Morphol. V. 10. S. 622-640. Aralık 1962.
2) Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda, Shinya Yamanaka. Tanımlı Faktörler / Hücre ile Erişkin Faktörlerden Pluripotent Kök Hücrelerin İndüksiyonu. V. 131. Sayı 5. Sf. 861-872. 30 Kasım 2007.


Like this post? Please share to your friends:
Bir cevap yazın

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