Fair.ru - Панаир на новините

2015-10-7 20:33

Както се е случвало неведнъж през последните десетилетия, Нобеловата награда за химия за 2015 г. също може да получи награда в областта на физиологията и медицината. Тази година наградата бе присъдена за изследване на ДНК възстановяването - механизми за възстановяване на щетите в тази молекула.

Лауреатите бяха Томаш Линдал, шведски учен, който сега работи в Института на Франсис Крик във Великобритания, Пол Модрич, американец от Медицинското училище в Дюк, и Азиз Санчар, гражданин на Турция и САЩ, който работи в Университета на Северна Каролина.

Трябва да се помни, че голям брой клетъчни механизми участват в възстановяването на ДНК и много учени ги изучават в продължение на много години. Например тази година наградата Ласкер също беше присъдена за изследвания в тази област, но на други учени: Евелин Уиткин и Стивън Елъдж. Има много други изследователи, които са допринесли за разбирането на тези механизми.

Томас Линдал беше един от първите, които разбраха този факт в началото на 70-те години на миналия век, като в същото време той предположи, че тъй като дефектите постоянно се натрупват в ДНК молекула, тогава трябва да има механизми за тяхното елиминиране. В противен случай живите организми просто не могат да съществуват. Линдал започва да търси ензими, които възстановяват ДНК. Той направи това, използвайки ДНК на бактериите. Първият такъв ензим е открит от Томас Линдал през 1974 г., този ензим се използва за възстановяване на увреждането на цитозиновия нуклеотид. Цитозинът е едно от слабите места в ДНК молекулата, тъй като относително лесно губи аминогрупата си, което води до промяна в генетичната информация. Ако "нормалният" цитозин, съгласно принципа на комплементарност, образува връзки с гуанин в ДНК, то увреденият - с аденин. Ако увреждането продължи, тогава по време на следващото клетъчно делене, когато ДНК се репликира, ще бъде фиксирана мутация, която изкривява "генетичния текст". Томас Линдал успя да идентифицира ензим, който премахва повредения цитозин от бактериалната ДНК.

Това беше последвано от повече от 30 години непрекъснато търсене на „ремонтни ензими“, с което Линдал се занимава първо в Медицинския институт „Каролинска“ в Стокхолм, след това във Великобритания в Имперския фонд за изследване на рака (от 2002 г. - Cancer Research UK). През 1986 г. става директор на лабораторията Clare Hall. Неслучайно Томас Линдал, с постоянния си интерес към механизмите за възстановяване на ДНК, започва да работи в изследователски институции, посветени на изследването на рака. Сега учените вярват, че 80% до 90% от раковите заболявания са свързани с нарушени възстановителни механизми.

В резултат Томас Линдал успя да открие редица ензими, които съставляват класа на ДНК гликозилазите. Те разпознават наличието на определени видове увредени азотни основи в ДНК и ги отстраняват, разцепвайки връзката на тази основа със захарно-фосфатния скелет на молекулата на ДНК. Тогава други ензими влизат в игра. ДНК полимеразата синтезира съответната част от ДНК веригата вместо изтритата и ДНК лигазата зашива веригата. Този тип репарация на ДНК се нарича ексцизионно възстановяване от английското excision „изрязване“. През 1996 г. Томас Линдал успя да възпроизведе процеса на човешко възстановяване на ДНК в лабораторията.

Изследванията на Азиз Санджар са свързани с механизма на ексцизионния ремонт. През 70-те години Санджар забелязва странно явление: бактериите, получили смъртоносна доза ултравиолетово лъчение, оцеляват, когато са осветени със синя светлина. Определянето на биохимичната природа на това чудотворно спасяване на бактерии беше предмет на изследванията на Санджар в Тексаския университет. През 1976 г. той успява да клонира ген, който е отговорен за синтеза на ензима фотолиза, който възстановява уврежданията на ДНК, причинени от ултравиолетовата светлина. Санджар също успя да получи бактерии, които интензивно произвеждат този ензим. Както се оказа, ДНК фотолизата наистина се активира от видимата светлина и използва енергията си за работа.

Ремонт на ДНК след UV увреждане - Проба за ремонт на ексцизия

Уви, докторската дисертация на Санджар по фотолиза не предизвиква особен интерес по това време и трите му кандидатури за научни длъжности в различни университети са отхвърлени. Тогава Азиз Санджар започва работа като лаборант в Медицинското училище в Йейлския университет. Там той успя да продължи работата си по изучаването на това как ДНК на бактериите се възстановява след ултравиолетово лъчение. Санджар и колегите му осъзнаха, че бактериите имат две системи за възстановяване. Единият работи със светлина (базира се на фотолиза), а другият работи на тъмно. По време на няколко години работа Санджар успя да идентифицира бактериални ензими, кодирани от трите гена uvrA, uvrB и uvrC. Той експериментално показа как тези ензими идентифицират повредено парче ДНК и след това направи две разрези в нишката, като премахна парчето 12-13 нуклеотиди, съдържащо повреденото парче. Тогава споменатите вече ДНК полимераза и ДНК лигаза влизат в игра, допълвайки липсващия фрагмент и зашивайки веригата.

Третият лауреат Пол Модрич изследва ДНК полимерази и ДНК лигази в началото на кариерата си, а по-късно насочва вниманието към друг клас ензими, участващи в възстановяването на ДНК. Работата на тези ензими, наречена ДНК метилтрансфераза, е да прикачат метилова група (СН3-) към ДНК веригата. Както е установил Пол Модрич, тези метилови групи могат да служат като указатели, за да помогнат на други ензими да режат ДНК веригата на правилното място. В по-нататъшни изследвания Пол Модрич, заедно с молекулярния биолог Матю Мезелсън, откриват специален механизъм за възстановяване на ДНК - възстановяване на ДНК разминаване. Изисква се, когато в процеса на дублиране на ДНК по време на клетъчното делене възникнат неправилни двойки нуклеотиди, например аденинът може да се комбинира с цитозин, а не с тимин. В този случай е важно клетката да замести погрешно генерирания нуклеотид, а не неговия партньор по съседната верига, която стои на нейното място. Както установиха учените, тук се използва и метилиране на ДНК. При повечето бактерии грешните нуклеотиди обикновено се намират в една от двете вериги на ДНК - дъщерята, която току-що е завършена. В този случай оригиналната верига съдържа прикрепени към нея метилови групи, а дъщерната верига все още е неметилирана. Следователно тя може да бъде разграничена и след това може да се използва вече познатият механизъм: изрязване, подмяна, шиене.

Възстановяване на несъответстващи нуклеотиди в еукариотите, повечето бактерии и Е. coli

В допълнение към описаните системи през последните години са открити и други методи за възстановяване на ДНК, използвани в живите клетки. Установена е връзката между нарушенията във функционирането на системите за възстановяване на ДНК с много форми на рак. Както са установили учените, често лошото представяне на възстановителните системи играе в ръцете на раковите клетки: те започват да мутират много по-често и поради тази причина могат да станат устойчиви на химиотерапия. Но биолозите са се научили да използват този механизъм при разработването на нови лекарства за рак. Ако успеят да потиснат възстановителните механизми, останали в раковите клетки, това води до забавяне или пълно спиране на туморния растеж. Пример за такова лекарство е Олапариб, който инхибира един от ензимите, участващи в възстановяването на ДНК.