Chemiczny Nobel za mechanizmy naprawy DNA

Tomas Lindahl, Paul Modrich i Aziz Sancar są laureatami tegorocznej Nagrody Nobla w dziedzinie chemii. Naukowcy zajmowali się wbudowanymi w komórki naszego ciała mechanizmami naprawy DNA.

Publikacja: 07.10.2015 11:35

Foto: AFP

„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. 

Oto laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z ostatnich 10 lat:

2015 - Tomas Lindahl, Paul Modrich i Aziz Sancar za "mechanistyczne badania naprawy DNA".

2014 - nagrodę otrzymali Eric Betzig i William E. Moerner z USA oraz Niemiec Stefan W. Hell, którzy opracowali metodę mikroskopii fluorescencyjnej wysokiej rozdzielczości; ich prace są pomocne m.in. w badaniach chorób uszkadzających mózg, np. Parkinsona.

2013 - Nobla przyznano twórcom komputerowego modelowania reakcji chemicznych - Martinowi Karplusowi, Michaelowi Levittowi i Ariehowi Warshelowi. Ich prace pozwalają m.in. na produkcję lepszych leków.

2012 - Nagrodę Nobla otrzymali Robert J. Lefkowitz i Brian K. Kobilka (obaj z USA) za badania nad receptorami sprzężonymi z białkiem G. Dzięki nim nasz organizm jest w stanie czuć i działać.

2011 - Nobel trafił do Daniela Shechtmana z Izraela. Komitet Noblowski uhonorował go za odkrycie kwazikryształów - struktur, których istnienie w przyrodzie uznawano wcześniej za niemożliwe.

2010 - Nagrodę otrzymali Amerykanin Richard Heck oraz Japończycy Ei-ichi Negishi i Akira Suzuki, którzy opracowali nowe metody syntezy związków organicznych. Dzięki laureatom chemicy na całym świecie zyskali nowe możliwości zarówno odtwarzania istniejących związków, jak i tworzenia zupełnie nowych.

2009 - Nagrodę przyznano za badania nad strukturą i funkcją rybosomu, struktury, odpowiedzialnej za wdrażanie w życie planów zapisanych w DNA. Otrzymali ją: Venkatraman Ramakrishnan - Amerykanin pracujący w Wielkiej Brytanii, Thomas A. Steitz z USA oraz Ada E. Yonath z Izraela.

2008 - Nagrodą Nobla podzielili się trzej przedstawiciele USA - Osamu Shimomura, Martin Chalfie i Roger Y. Tsien. Prace laureatów dotyczyły świecącego na zielono białka GFP, wyizolowanego po raz pierwszy od meduzy.

Dzięki znakowaniu GFP można obserwować umiejscowienie, przemieszczanie i działanie znakowanych białek. GFP pozwoliło na przykład śledzić los komórek nerwowych uszkodzonych przez chorobę Alzheimera, wzrost chorobotwórczych bakterii czy powstawanie wytwarzających insulinę komórek beta w trzustce rozwijającego się zarodka.

2007 - Niemiec Gerhard Ertl został uhonorowany za badania procesów chemicznych zachodzących na powierzchni ciał stałych. Efekty tych badań zostały wykorzystane w przemyśle chemicznym przy produkcji ogniw paliwowych, nawozów sztucznych, katalizatorów do samochodów. Pozwoliły także wyjaśnić procesy zachodzące w atmosferze, takie jak niszczenie warstwy ozonowej oraz odpowiedzieć na pytanie - dlaczego żelazo pokrywa się rdzą.

2006 - Nagrodę otrzymał Roger D. Kornberg (USA), który tym samym poszedł w ślady ojca, Arthura Kornberga, laureata Nobla z dziedziny medycyny w 1959 r. Rogera Kornberga nagrodzono za poznanie podstawowego procesu życiowego każdej komórki, jakim jest transkrypcja. Dzięki temu procesowi informacja genetyczna zapisana w genach jest wykorzystywana do produkcji białek w komórkach.

2005 - Taniec odbijany dwóch cząsteczek chemicznych - w taki obrazowy sposób Komisja Noblowska określiła reakcję metatezy, nagrodzoną Noblem. Reakcja ta polega na wzajemnej wymianie grup atomów między dwiema cząsteczkami. Jeden z trzech laureatów - Francuz Yves Chauvin z Institut Francais du Petrole przedstawił wyniki swoich badań w 1971 r. a dwaj pozostali - Robert H. Grubbs z i Richard R. Schrock (obaj USA) dokonali swoich odkryć na początku lat 90.

„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. 

2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Czym jeździć
Technologia, której nie zobaczysz. Ale możesz ją poczuć
Materiał Promocyjny
BaseLinker uratuje e-sklep przed przestojem
Tu i Teraz
Skoda Kodiaq - nowy wymiar przestrzeni
Nauka
Nagroda Nobla 2024 z chemii została przyznana
Nauka
Nagroda Nobla z fizyki przyznana. Ojciec laureata urodził się na Mazowszu
Nauka
Nobel z fizyki 2024 z polskim akcentem
Nauka
Nagroda Nobla z medycyny za odkrycie mikroRNA