Az élettani vagy orvosi Nobel-díjat a sejtciklus kulcsfontosságú szabályozóinak felfedezéséért kapják

Az élettani vagy orvosi Nobel-díjat a sejtciklus kulcsfontosságú szabályozóinak felfedezéséért kapják
Az élettani vagy orvosi Nobel-díjat a sejtciklus kulcsfontosságú szabályozóinak felfedezéséért kapják
Anonim

Minden élőlény olyan sejtekből áll, amelyek sejtosztódással szaporodnak. Egy felnőtt embernek körülbelül 100 000 milliárd sejtje van, amelyek mindegyike egyetlen sejtből, a megtermékenyített petesejtből származik. Felnőtteknél is hatalmas számú folyamatosan osztódó sejt lép fel a haldoklók helyére. Mielőtt egy sejt osztódhatna, meg kell nőnie a méretének, meg kell duplikálnia kromoszómáit, és el kell választania a kromoszómákat a pontos eloszlás érdekében a két leánysejt között. Ezek a különböző folyamatok a sejtciklusban koordinálódnak.

Az idei élettani és orvosi Nobel-díjasok alapvető felfedezéseket tettek a sejtciklus szabályozásával kapcsolatban. Olyan kulcsmolekulákat azonosítottak, amelyek szabályozzák a sejtciklust minden eukarióta szervezetben, beleértve az élesztőket, növényeket, állatokat és az embert is. Ezek az alapvető felfedezések nagy hatással vannak a sejtnövekedés minden aspektusára. A sejtciklus szabályozásának hibái a rákos sejtekben tapaszt alt kromoszóma-elváltozásokhoz vezethetnek. Ez hosszú távon új lehetőségeket nyithat meg a rákkezelésben.

Leland Hartwell (született 1939), Fred Hutchinson Rákkutató Központ, Seattle, USA, kitüntetésben részesült a sejtciklust szabályozó gének egy meghatározott osztályának felfedezéséért. A „start” nevű gének egyike központi szerepet játszik az egyes sejtciklusok első lépésének szabályozásában. Hartwell bevezette az "ellenőrzőpont" fogalmát is, amely értékes segítség a sejtciklus megértésében.

Paul Nurse (született 1949), Imperial Cancer Research Fund, London, azonosították, klónozták és genetikai és molekuláris módszerekkel jellemezték, a sejtciklus egyik kulcsfontosságú szabályozója, CDK (ciklinfüggő kináz).Megmutatta, hogy a CDK funkciója erősen konzervált volt az evolúció során. A CDK más fehérjék kémiai módosításával (foszforilációjával) vezeti át a sejtet a sejtcikluson.

Timothy Hunt (született: 1943), a londoni Imperial Cancer Research Fund, a ciklinek, a CDK-funkciót szabályozó fehérjék felfedezéséért kapják az elismerést. Kimutatta, hogy a ciklinek minden sejtosztódáskor periodikusan lebomlanak, ez a mechanizmus általános jelentőségűnek bizonyult a sejtciklus szabályozásában.

Egymilliárd sejt grammonként szövet

Körülbelül kétmilliárd éve jelentek meg a Földön azok a sejtek, amelyek kromoszómái egy sejtmagban helyezkednek el és a sejt többi részétől elkülönülnek, úgynevezett eukarióta sejtek. Az ilyen sejtekből álló szervezetek lehetnek egysejtűek, például élesztők és amőbák, vagy többsejtűek, például növények és állatok. Az emberi test hatalmas számú sejtből áll, átlagosan körülbelül egymilliárd sejt grammonként. Minden sejtmag tartalmazza a teljes örökítőanyagunkat (DNS), amely 46 kromoszómában (23 kromoszómapár) található.

Több mint száz éve ismert, hogy a sejtek osztódással szaporodnak. Azonban csak az elmúlt két évtizedben vált lehetővé a sejtciklust és ezáltal a sejtosztódást szabályozó molekuláris mechanizmusok azonosítása. Ezek az alapvető mechanizmusok az evolúció során erősen konzerváltak, és minden eukarióta szervezetben ugyanúgy működnek.

A sejtciklus fázisai

A sejtciklus több fázisból áll (lásd az ábrát). Az első fázisban (G1) a sejt növekszik és nagyobb lesz. Amikor elér egy bizonyos méretet, a következő fázisba (S) lép, amelyben a DNS-szintézis megtörténik. A sejt megkettőzi örökítőanyagát (DNS-replikáció), és mindegyik kromoszómáról másolat képződik. A következő fázisban (G2) a sejt ellenőrzi, hogy a DNS-replikáció befejeződött-e, és felkészül a sejtosztódásra. A kromoszómák szétválnak (mitózis, M), és a sejt két leánysejtre osztódik. Ezen a mechanizmuson keresztül a leánysejtek azonos kromoszómakészleteket kapnak.Az osztódás után a sejtek visszakerülnek a G1-be, és a sejtciklus befejeződött.

A sejtciklus időtartama a különböző sejttípusok között változik. A legtöbb emlős sejtben 10 és 30 óra között tart. Az első sejtciklus fázisban (G1) lévő sejtek nem mindig folytatják a ciklust. Ehelyett kiléphetnek a sejtciklusból, és nyugalmi szakaszba léphetnek (G0).

Cellciklus-szabályozás

Minden élő eukarióta szervezet számára elengedhetetlen, hogy a sejtciklus különböző fázisai pontosan összehangolva legyenek. A fázisoknak megfelelő sorrendben kell következniük, és egy fázist be kell fejezni, mielőtt a következő szakasz elkezdődhet. Ennek a koordinációnak a hibái kromoszóma-elváltozásokhoz vezethetnek. A kromoszómák vagy kromoszómák részei elveszhetnek, átrendeződnek vagy egyenlőtlenül oszlanak meg a két leánysejt között. Ez a fajta kromoszóma-elváltozás gyakran megfigyelhető a rákos sejtekben.

A biológia és az orvostudomány területén központi jelentőségű a sejtciklus szabályozásának megértése. Az idei Nobel-díjasok alapvető felfedezéseket tettek molekuláris szinten arra vonatkozóan, hogy a sejt hogyan halad át a sejtciklus egyik fázisából a másikba.

Sejtciklus gének élesztősejtekben

Leland Hartwell már az 1960-as évek végén felismerte a sejtciklus genetikai módszerekkel történő tanulmányozásának lehetőségét. Modellrendszerként a sütőélesztőt, a Saccharymyces cerevisiae-t használta, amely kiválóan alkalmasnak bizonyult a sejtciklus vizsgálatára. Egy elegáns kísérletsorozatban 1970-71 között élesztősejteket izolált, amelyekben a sejtciklust szabályozó gének megváltoztak (mutáltak). Ezzel a megközelítéssel több mint száz, a sejtciklus szabályozásában specifikusan szerepet játszó gént, az úgynevezett CDC-géneket (sejtosztódási ciklus gének) sikerült azonosítania. Ezen gének egyike, amelyet Hartwell CDC28-nak nevezett el, a sejtciklus G1-fázisán keresztüli előrehaladás első lépését szabályozza, ezért "start"-nak is nevezték.

Emellett Hartwell az élesztősejtek besugárzással szembeni érzékenységét is tanulmányozta. Eredményei alapján bevezette az ellenőrzőpont fogalmát, ami azt jelenti, hogy a sejtciklus leáll, ha a DNS sérül.Ennek célja, hogy időt hagyjon a DNS-javításra, mielőtt a sejt továbbhaladna a ciklus következő fázisába. Később Hartwell kibővítette az ellenőrzőpont koncepcióját, hogy magában foglalja a sejtciklus fázisai közötti helyes sorrendet biztosító vezérlőket is.

Általános elv

Paul Nurse Hartwell megközelítését követte a genetikai módszerek sejtciklus-vizsgálatokhoz való alkalmazása során. Modellszervezetként egy másik típusú élesztőt, a Schizzosaccharomyces pombe-t használt. Ez az élesztő csak távoli rokonságban áll a sütőélesztővel, mivel több mint egymilliárd évvel ezelőtt váltak el egymástól az evolúció során.

Az 1970-es évek közepén Paul Nurse felfedezte a cdc2 gént S. pombe-ban. Kimutatta, hogy ennek a génnek kulcsfontosságú funkciója van a sejtosztódás szabályozásában (átmenet G2-ről mitózisra, M). Később rájött, hogy a cdc2-nek általánosabb funkciója van. Azonos volt azzal a génnel ("start"), amelyet Hartwell korábban azonosított a sütőélesztőben, és szabályozta a G1-ről az S-re való átmenetet.

Ez a gén (cdc2) tehát a sejtciklus különböző fázisait szabályozza. 1987-ben Paul Nurse izolálta a megfelelő gént emberekben, és később a CDK1 (ciklinfüggő kináz 1) nevet kapta. A gén egy fehérjét kódol, amely a ciklinfüggő kinázok (CDK) család tagja. A nővér kimutatta, hogy a CDK aktiválása reverzibilis foszforilációtól függ, vagyis attól, hogy a foszfátcsoportok a fehérjékhez kapcsolódnak, vagy eltávolíthatók onnan. Ezen eredmények alapján fél tucat különböző CDK-molekulát találtak emberben.

Az első ciklin felfedezése

Tim Hunt az 1980-as évek elején fedezte fel az első ciklin molekulát. A ciklinek az egyes sejtciklusok során képződő és lebomló fehérjék. Ciklinnek nevezték őket, mert ezeknek a fehérjéknek a szintje a sejtciklus során időszakosan változik. A ciklinek a CDK molekulákhoz kötődnek, ezáltal szabályozzák a CDK aktivitást és kiválasztják a foszforilálandó fehérjéket.

A ciklin felfedezése, amelyet a tengeri sünök, az Arbacia modellrendszer felhasználásával végeztek, Hunt azon felfedezésének eredménye, hogy ez a fehérje a sejtciklusban időszakonként lebomlik. A periodikus fehérjedegradáció a sejtciklus fontos általános szabályozási mechanizmusa. Tim Hunt később más fajokban is felfedezte a ciklineket, és azt találta, hogy az evolúció során ezek is konzerváltak. Ma körülbelül tíz különböző ciklint találtak az emberekben.

A cellaciklus motorja és sebességváltója

A három Nobel-díjas olyan molekuláris mechanizmusokat fedezett fel, amelyek szabályozzák a sejtciklust. A CDK-molekulák mennyisége állandó a sejtciklus során, de aktivitásuk a ciklinek szabályozó funkciója miatt változó. A CDK és a ciklin együtt hajtja a sejtet az egyik sejtciklus fázisból a másikba. A CDK-molekulákat egy motorral, a ciklineket pedig egy sebességváltóval lehet összehasonlítani, amely szabályozza, hogy a motor alapjáraton járjon-e, vagy előre hajtja-e a cellát a sejtciklusban.

A felfedezések nagy hatása

A legtöbb orvosbiológiai kutatási terület profitálni fog ezekből az alapvető felfedezésekből, amelyek széles körű alkalmazásokat eredményezhetnek számos különböző területen. A felfedezések fontosak annak megértésében, hogyan alakul ki a kromoszóma instabilitása a rákos sejtekben, azaz hogyan rendeződnek át, vesznek el vagy oszlanak el egyenlőtlenül a kromoszómák egyes részei a leánysejtek között. Valószínű, hogy az ilyen kromoszóma-elváltozások hibás sejtciklus-szabályozás eredménye. Kimutatták, hogy a CDK-molekulák és ciklinek génjei onkogénként működhetnek. A CDK-molekulák és ciklinek a sejtciklus során a tumorszuppresszor gének termékeivel is együttműködnek (pl. p53 és Rb).

A sejtciklusra vonatkozó eredményeket hamarosan alkalmazni fogják a tumordiagnosztikában. A CDK-molekulák és ciklinek megnövekedett szintje olykor megtalálható emberi daganatokban, például emlőrákban és agydaganatokban. A felfedezések hosszú távon a rákterápia új elveit is megnyithatják.Már most is folynak klinikai vizsgálatok CDK-molekulák inhibitorainak felhasználásával.

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Rólunk
Olvass tovább

Rólunk

A fishcustomaquariums.com webhelyről

Kapcsolatok
Olvass tovább

Kapcsolatok

A fishcustomaquariums.com oldal elérhetőségei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei
Olvass tovább

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei