Nobel z chemii za badania mechanizmów naprawy DNA

Nobel z chemii za badania mechanizmów naprawy DNA
EPA/FREDRIK SANDBERG

Jak uzasadnił swoją decyzję Komitet Noblowski, naukowcy "wyjaśnili na poziomie molekularnym, w jaki sposób komórki naprawiają uszkodzone DNA i chronią informację genetyczną". Przyczynili się też do zrozumienia mechanizmów rozwoju nowotworów, które są efektem zaburzeń procesów naprawy.

 

Trójka badaczy - Szwed Tomas Lindahl (ur. w 1938 r.), Amerykanin Paul Modrich (ur. w 1946 r.) i Aziz Sancar (ur. w 1946 r., obywatel Turcji i USA) - podzieli się po równo kwotą 8 mln koron szwedzkich (ok. 855 tys. euro).

 

Badania nad mechanizmami naprawczymi nie tylko dostarczyły fundamentalnej wiedzy na temat funkcjonowania komórek i wyjaśniły podłoże rzadkich chorób genetycznych, ale mogą też posłużyć do udoskonalenia terapii przeciwnowotworowych. Obecnie wykorzystywane radioterapia i chemioterapia unieczynniają mechanizmy naprawy DNA w szybko dzielących się komórkach nowotworu, co prowadzi do ich zniszczenia.

 

Nasze DNA jest codziennie narażone na uszkodzenia spowodowane przez promieniowanie UV, wolne rodniki i inne czynniki rakotwórcze. Jednak nawet bez tych zewnętrznych czynników cząsteczka DNA jest niestabilna. Codziennie w genomie komórki zachodzą tysiące spontanicznych zmian w genomie komórki. Defekty mogą się również pojawić podczas podziału komórki, kiedy to DNA jest kopiowane. A w ludzkim organizmie codziennie dzielą się miliony komórek.

 

Tylko dzięki ciągłemu monitorowaniu i naprawie materiał genetyczny nie ulega chaotycznym zmianom prowadzącym do zmian nowotworowych i śmierci organizmu. Trzem tegorocznym noblistom z dziedziny chemii udało się ustalić molekularne szczegóły działania mechanizmów naprawczych i kontrolnych. U niektórych organizmów są one znacznie skuteczniejsze niż w przypadku człowieka – na przykład w przypadku bakterii Deinococcus radiodurans, gatunku najodporniejszego na promieniowanie spośród obecnie znanych.

 

Jeszcze na początku lat 70. XX w. naukowcy wierzyli, że DNA jest cząsteczką niezwykle stabilną, jednak prof. Tomas Lindahl udowodnił, że tempo powstawania wad w zasadzie powinno wykluczyć rozwój życia na Ziemi. Starając się wyjaśnić, dlaczego życie jednak powstało, odkrył molekularny mechanizm naprawy DNA przez wycinanie zasady (BER - base excision repair). Pozwala on na usuwanie uszkodzeń pojedynczych zasad DNA podczas jego replikacji. Pozwala to uniknąć błędów – mutacji.

Lindahl jest profesorem chemii medycznej i fizycznej, emerytowanym dyrektorem Cancer Research UK w Clare Hall Laboratory w Hertfordshire (Wielka Brytania).

 

Drugi z tegorocznych noblistów – prof. Aziz Sancar - zbadał kolejny mechanizm – naprawę przez wycięcie nukleotydu (NER - nucleotide excision repair). Pozwala on na usuwanie uszkodzeń DNA spowodowanych czynnikami chemicznymi (mutagenami) lub fizycznymi (jak naświetlenie ultrafioletem). NER usuwa duże uszkodzenia DNA, zniekształcające strukturę jego podwójnej helisy. U osób, które mają wady genetyczne zmniejszające skuteczność działania NER (na przykład xeroderma pigmentosum), wystawienie skóry na działanie promieni słonecznych powoduje raka skóry.

 

Sancar jest profesorem biochemii i biofizyki na University of North Carolina School of Medicine (Chapel Hill, USA).

 

Z kolei prof. Paul Modrich zademonstrował, w jaki sposób komórki korygują błędy, do których dochodzi podczas ich podziału, przy replikacji DNA. Ten mechanizm – naprawa niesparowanych zasad (ang. mismatch repair, MJR) – pozwala zmniejszyć częstotliwość błędów podczas replikacji DNA mniej więcej tysiąckrotnie. Nieprawidłowe funkcjonowanie MMR występuje na przykład w dziedzicznym niepolipowatym raku jelita grubego (zespół Lyncha).

Obecnie Modrich pracuje w Howard Hughes Medical Institute, jest też profesorem w Duke University School of Medicine (Durham, USA).

 

(PAP)