http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=fd6e101f-ef3f-4383-8f0c-6ae13228cdd5&print=1© 2024 Российская академия наук
Нобелевская премия в области медицины и физиологии за 2009 присуждена американским учёным, открывшим фермент теломеразу, защищающую молекулы ДНК от потери своих фрагментов. Изучение свойств теломеразы позволяют понять, каким образом, в частности, обеспечивается «вечная молодость» раковых клеток, и наметить пути поиска новых противораковых лекарств. Однако первым человеком, предположившим существование такого механизма, был наш соотечественник Алексей Оловников, не вошедший в число нобелиатов-2009.
108-я Нобелевская неделя открылась вчера в Стокгольме объявлением лауреатов премии в области медицины и физиологии.
Награда присуждена трём американским молекулярным биологам — Джеку Шостаку, Элизабет Блэкберн и Кэрол Грейдер за открытие фермента теломеразы, отвечающего за сохранность молекул ДНК в составе хромосом.
Почему происходит старение и что контролирует этот процесс — вопросы, на которые давно пытается ответить наука. В 1961 году американский биолог Леонард Хейфлик обнаружил, что клетки кожи (фибробласты) могут делиться приблизительно 50 раз, а далее происходит их гибель. Этот результат многократно воспроизводился — более того, чем старше был возраст организма-донора, из которого брались клетки для экспериментов, тем меньшее число делений проходили клетки до своей гибели. Но это означало, что существуют какие-то молекулярные «песочные часы», отсчитывающие срок жизни клетки.
Теломеры можно назвать «молекулярными часами», отсчитывающими срок жизни клеток (фото с сайта thednastore.com)
Фермент теломераза достраивает концы хромосом за счёт синтеза коротких фрагментов молекул ДНК на матрице молекулы рибонуклеиновой кислоты (рисунок взят с сайта «Вечная молодость»)
В 1971 советский биолог Алексей Оловников высказал идею о том, что же представляет собой этот «счётчик жизни». Логичным было предположить, что число делений клетки связано с процессом синтеза носителя генетической информации — молекулы ДНК, составляющей основу хромосом. Оловников исходил из свойств фермента ДНК-полимеразы, копирующего молекулу ДНК при каждом новом клеточном делении. Дело в том, что этот фермент не может скопировать ДНК с самого конца молекулы. Таким образом, получается, что с каждым делением клетки хромосомная ДНК неизбежно будет укорачиваться. Значит, по прошествии какого-то количества делений ДНК уменьшится настолько, что, возможно, под сокращение попадут и участки генов, необходимых для работы клетки — а это прямая дорога к клеточной смерти. Сами же (пока только гипотетические) концевые участки молекулы ДНК получили название «теломеры». Но из этих рассуждений следует ещё один важный вывод: в почти неограниченно делящихся клетках (таких, как половые и раковые) должен существовать механизм поддержания целостности концов хромосом. Статья Алексея Оловникова со смелой гипотезой вышла в журнале «Доклады Академии наук СССР» в том же 1971 г., а спустя два года — в «Journal of Theoretical Biology».
Первые экспериментальные результаты, говорящие в пользу идеи Оловникова, стали появляться в конце семидесятых: в 1978 году Элизабет Блэкберн показала, что концы так называемой рибосомной ДНК, выделенной из клеток инфузории Tetrahymena thermophila, содержат короткие повторяющиеся фрагменты ДНК, а в последующие несколько лет выяснилось, что похожие участки, «обрамляющие» хромосомы, содержатся в ДНК и других организмов. Блэкберн и Джек Шостак предположили, что, коль скоро такая картина характерна для многих живых существ, то они должны выполнять некоторую общую функцию. Почему бы им не быть теми самыми теломерами Оловникова? Кстати, в 1982 г. Шостак создал первую модель достройки концов хромосомной ДНК, защищающих клетки от старения. Но всё пока оставалось на уровне гипотезы: для её подтверждения требовалось найти ту «молекулярную машину» — фермент, который и достраивает молекулу ДНК.
И вот в 1985 году наконец произошёл прорыв в исследованиях феномена клеточного старения: Элизабет Блэкберн и её аспирантка Кэрол Грейдер обнаружили главное недостающее звено в цепи рассуждений молекулярных биологов — фермент, действительно достраивающий ДНК в ходе деления клеток. Разумеется, новый фермент был назван теломеразой. Последующие эксперименты окончательно убедили учёных в том, что теломераза и есть тот самый счётчик, определяющий срок жизни клеток. Очень интересным оказался такой факт: в человеческом эмбрионе теломераза работает во всех клетках, но как только человек рождается, фермент прекращает свою работу, и в подавляющем большинстве клеток начинается процесс старения.
Ну а 1997 год ознаменовался ещё одним грандиозным успехом — американские ученые из университета Колорадо открыли ген теломеразы человека, который получил название hTERT (от английского human telomerase reverse transcriptase, теломеразная обратная транскриптаза человека). В этом названии отражена удивительная особенность теломеразы: в её состав входит небольшая молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК), с которой и копируется генетический материал молекулы ДНК, «пришиваемый» к концам хромосом. А спустя год исследователи из Юго-Западного медицинского центра Техасского университета в Далласе вырастили клетки кожи человека, ввели в них ген теломеразы и тем самым удвоили их время жизни, увеличив число клеточных делений с 50 до 90 раз!
Таким образом, по прошествии почти четверти века гипотеза Алексея Оловникова блестяще подтвердилась, приобретя вид стройной теории, на основе которой можно получать практические результаты.
Речь, прежде всего, идёт о поиске путей подавления активности теломеразы в раковых клетках, создании препаратов, лишающих опухоль «эликсира вечной молодости». Это направление в последние годы стало одним из главных в современной молекулярной онкологии. Такие работы выполняются и в нашей стране — здесь наиболее известны молекулярные биологи Химического факультета МГУ, работающие под руководством члена-корреспондента РАН Ольги Донцовой (роль теломеразного комплекса в развитии рака очень хорошо представлена в обзоре «Регуляция теломеразы при онкогенезе», опубликованном в первом номере журнала «Acta Naturae»).
Любопытно, что история открытия теломеразы связана с созданием (в качестве «побочного продукта» фундаментальных работ) технологии получения искусственных хромосом низших организмов — дрожжей. Здесь пионерская роль принадлежит всё тем же Джеку Шостаку и Элизабет Блэкберн, которые, исследуя дрожжевые теломеры, обнаружили, что созданные определённым способом искусственные хромосомы дрожжей (yeast artifical chromosomes, YAC) обладают замечательным свойством: они способны нести в себе довольно большой по размеру генетический материал других организмов. Это открытие оказало неоценимую услугу биологам, занимающимся секвенированием (расшифровкой) геномов, в том числе генома человека — дело в том, что именно в составе YAC наиболее удобно хранить фрагменты геномной ДНК, подлежащей секвенированию.
Но, отдавая должное новым нобелиатам, трудно отделаться от чувства досады оттого, что незаслуженно обойдённым оказался Алексей Оловников. Ведь его гипотеза, нашедшая подтверждение, — тот очень редкий случай, когда в биологии удаётся предсказать существование какого-либо феномена, что называется, «на кончике карандаша». И потому можно только догадываться, что испытывает сам Оловников, отказавшийся как-либо комментировать вчерашнюю новость из столицы Швеции. Кстати говоря, в практике Нобелевских премий её часто делят между собой теоретики, предсказавшие, например, существование элементарной частицы, и экспериментаторы, её обнаружившие. Более того, Алексей Оловников не раз и не два номинировался на высшую научную награду — об этом говорил академик РАН Владимир Скулачёв. Почему же нам вновь остаётся сетовать на несправедливость стокгольмского выбора? Вряд ли здесь стоит говорить о какой-то предвзятости — более уместно говорить о том, что работы наших учёных никто не пропагандирует (в отличие от тех же американцев, для которых пиар собственных достижений — обязательная составляющая научной карьеры). Ну а коль скоро никто не выносит результаты трудов наших учёных на первые страницы журналов (и не обязательно сугубо научных), то трудно ждать, что о них вспомнят при раздаче наград.