Chemiczny Nobel za mechanizmy naprawy DNA

„Ich prace dała nam fundamentalną wiedzę w jaki sposób funkcjonują komórki. Jest m.in. wykorzystywana do wytwarzania nowych leków na raka” — głosi komunikat Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk. Zbadane przez nich trzy różne mechanizmy korygowania uszkodzeń w DNA stanowią podstawową odpowiedź organizmu na błędy pojawiające się w zapisie genetycznym żywych organizmów. Bez tych mechanizmów żaden organizm nie mógłby istnieć.

Łańcuchy DNA są uszkadzane przez promieniowanie ultrafioletowe, promieniowanie jonizujące, podwyższoną temperaturę, czy różne związki chemiczne, w tym przez reaktywne formy tlenu. Błędy mogą też pojawiać się podczas kopiowania informacji zapisanych w DNA — podczas podziałów komórek. To proces zachodzący u każdego z nas miliony razy dziennie. Bez mechanizmów naprawczych, pełniących funkcję strażników monitorujących stan DNA, komórki przestałyby istnieć, a łańcuchy z zapisanymi genami rozpadłyby się.

Jeszcze do lat 70. ubiegłego stulecia naukowcy byli przekonani, że spirale DNA są bardzo stabilne i trwałe. Dopiero Tomas Lindahl dowiódł, że łańcuchy te rozpadają się w „zwykłym” tempie. Policzył, że bez jakiegoś mechanizmu naprawczego, życie na Ziemi byłoby niemożliwe. I tak wpadł na trop mechanizmu naprawy przez wycinanie zasady (tzw. BER). Umożliwia on usuwanie uszkodzeń pojedynczych zasad podczas replikacji DNA. Polega na wycinaniu zmutowanych zasad — literek tworzących kod zapisany w łańcuchach kwasu deoksyrybonukleinowego i zastępowaniu ich poprawnymi wersjami.

Aziz Sancar zbadał i opisał drugi mechanizm naprawczy — tzw. naprawę przez wycinanie nukleotydu (NER). Służy on do usuwania dużych uszkodzeń DNA zniekształcających strukturę podwójnej helisy. Mogą je powodować czynniki chemiczne (np. substancje rakotwórcze), jak i fizyczne — takie jak promieniowanie ultrafioletowe. To właśnie takimi przypadkami zajmował się Sancar jeszcze jako lekarz pracujący wśród tureckich wieśniaków. Ludzie z defektem mechanizmu naprawczego częściej chorują na raka skóry, gdy są narażeni na ultrafiolet w promieniach słonecznych. Swoje doświadczenia prowadził jednak na bakteriach, które naświetlał promieniowanie UV.

Wreszcie trzeci z nagrodzonych — Paul Modrich — badał mechanizm korekcji błędów pojawiających się w wyniku podziałów komórki. To tzw. naprawa niesparowanych zasad (MMR). Jak podkreśla w swoim komunikacie Królewska Szwedzkia Akademia Nauk, MMR zmniejsza częstość występowania błędów podczas replikacji DNA nawet tysiąc razy. Modrichowi udało się odtworzyć ten proces w laboratorium. Prace na ten temat opublikował dopiero w 1989 roku, po niemal dekadzie eksperymentów.

Nagrodzeni chemicznym Noblem naukowcy badali jednak tylko te najbardziej podstawowe procesy naprawcze. Mają one zastosowanie, gdy uszkodzenie dotyczy pojedynczej nici DNA — stosunkowo łatwo odtworzyć właściwe ułożenie „liter” opierając się na pozostałym (tzw. komplementarnym) nukleotydzie w drugiej nici DNA. Obecnie znane są również inne mechanizmy naprawcze, funkcjonujące również w przypadku uszkodzenia obu nici DNA.

Tomas Lindahl jest obywatelem Szwecji. Urodził się w 1938 roku w Sztokholmie, a doktorat uzyskał w Karolinska Institutet w 1967 roku. Obecnie jest profesorem emerytowanym we Francis Crick Institute oraz emerytowanym dyrektorem Clare Hall Laboratory w Cancer Research UK w Wielkiej Brytanii.

Aziz Sancar urodził się w 1946 roku w Turcji. Obecnie ma obywatelstwo tureckie i amerykańskie. Doktorat zrobił już w USA — na Uniwersytecie Teksasu. Dziś pracuje dla Uniwersytetu Karoliny Północnej.

Amerykanin Paul Modrich urodził się w 1946 roku. Studiował na słynnym Uniwersytecie Stanforda, skąd przeniósł się na — nie mniej słynny — Duke University. Obecnie pracuje w Howard Hughes Medical Institute.

Naukowcy podzielą finansową nagrodę (8 mln koron, czyli ok. 3,6 mln zł) na trzy równe części.