Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Regulační mechanizmy buněčného dělení

Významný krok pro kvasinky a velký skok pro lidské zdraví
Publikováno: Vesmír 81, 447, 2002/8
Rubrika: Nobelovy ceny

„Jsem velmi zvědavý člověk a věda mi pro uspokojení mé zvědavosti poskytuje široký prostor.“

K vědecké dráze přeurčily Paula Nurse silné podněty v dětství. Vzpomíná, jak byl v sedmi až osmi letech okouzlen startem Sputniku 2, jehož let do vesmíru napjatě sledoval v novinách, a dokonce jej na vlastní oči spatřil na londýnské obloze. Rád pozoroval živou přírodu – ptáky, brouky a rostliny – avšak během studií se jeho zájem postupně přeorientoval na práci v laboratoři a na buňku jako základní jednotku života. Jeho zájem o studium buněčného cyklu a o kvasinku Schizosaccharomyces pombe, jíž zůstal věrný dodnes, se datuje od jeho vědeckých začátků v laboratoři profesora J. M. Mitchisona na Univerzitě v Edinburku (1974–1980). Tam jako 26letý publikoval v Nature (1975) svoji první významnou práci, v níž prokázal, že velikost buňky je geneticky zakódována a je významným regulačním faktorem rychlosti buněčného dělení.

V tomto období přijíždí Paul Nurse jako mladý asistent z vlastní iniciativy poprvé do Prahy s přáním setkat se se mnou osobně a aplikovat u S. pombe naši fluorescenční metodu barvení buněčných stěn kvasinek. Tato metoda vznikla v Praze a patří dodnes v cytologii kvasinek k nejběžnějším. Byla použita i pro prezentaci S. pombe v nobelovské přednášce ve Stockholmu a na internetu. V 80. letech v Československu studovali buněčný cyklus např. V. Vondrejs, J. Chaloupka, V. Vinter (u prokaryontů), O. Nečas, já, A. Kotyk, A. Svoboda (u kvasinek), I. Šetlík, V. Zachleder (u řas) nebo J. Čerkasov (u prvoků). Ačkoliv laboratoře „buněčných cyklistů“ trpěly v době normalizace značnou mezinárodní izolací a měly minimální přímé kontakty se zahraničím, vzájemně se podporovaly, a tím vytvořily mimořádné tvůrčí klima. Je nesporné, že k této atmosféře přispěly i pracovní návštěvy Paula Nurse. Na konci jeho působení na Univerzitě v Sussexu (1980–1984) vyšla v USA první mezinárodní monografie svého druhu The Microbial Cell Cycle, jež byla koncipována a redigována v Praze.

Dva geneticky definované kontrolní uzly
Osmdesátá léta jsou pro Paula Nurse obdobím rozhodujících experimentů, kdy si klade jednoduché stěžejní otázky a odpovídá na ně elegantními, vysoce informativními pokusy. Je hluboce ovlivněn pionýrskou experimentální strategií, kterou v 70. letech uplatnil Leland Hartwell při studiu buněčného cyklu u pučící kvasinky Saccharomyces cerevisiae (viz Vesmír 81, 443, 2002/8). Tato strategie umožnila charakterizovat okolo sta genů buněčného cyklu (CDC), které řídí časovou a prostorovou posloupnost buněčných dějů. Z Hartwellových prací přejímá Paul Nurse především poznatek o hlavním kontrolním uzlu START ve fázi G1 buněčného cyklu (viz obr.: Vesmír 81, 443, 2002/8) a o úloze genu CDC28, jehož hlavní funkcí je ověřit a vytvořit ve START podmínky pro bezchybný průběh replikace DNA a další postup buněčným cyklem. Při pátrání po obdobném kontrolním uzlu a obdobné posloupnosti buněčných dějů u oblíbeného modelu S. pombe Paul Nurse zjišťuje, že se buňky této kvasinky dělí více či méně symetricky a při regulaci buněčného dělení jsou ve hře dva geneticky definované kontrolní uzly – první leží před zahájením replikace DNA a druhý před mitózou, což jsou dva základní procesy společné všem eukaryontním buňkám. Objevem významově překračujícím rámec mikrobiologie je identifikace hlavního genu cdc2, který svou funkci v buněčném cyklu uplatní dvakrát – v obou kontrolních uzlech. Následovalo nečekané zjištění, že tento gen je funkčně homologický s genem CDC28, takže jej může zastoupit při pučení buněk S. cerevisiae. Na tu dobu jedinečným úspěchem je bližší charakterizace produktů genů cdc2CDC28 v kontrolních uzlech kvasinek. P. Nurse prokazuje, že jde o fosfoproteiny s proteinkinázovou aktivitou. V souvislosti s tímto nálezem předpovídá, že fosforylace specifických proteinů (později se ukázalo, že i defosforylace) bude klíčovým fenoménem regulujícím buněčné dělení u všech eukaryontních organizmů.

Roku 1987 je v Paulově laboratoři naklonován a charakterizován lidský homolog genu cdc2, gen CDC2Hs (Homo sapiens). Mezitím (r. 1983) Timothy Hunt objevuje při studiu proteosyntézy v oplozených vajíčkách ježovek cyklin a rozpoznává jeho význam při buněčném dělení. Koncem 80. let vyúsťují poznatky získané na kvasinkách a živočišných buňkách v převratné zjištění, že periodické interakce mezi cykliny a jimi řízenými proteinkinázami jsou základním regulačním mechanizmem, jenž podmiňuje reprodukci všech eukaryontních organizmů. Tento mechanizmus je vysoce konzervativní, neboť se upevňoval v evoluci přibližně dvě miliardy let.

Výzkum nádorových onemocnění

V polovině osmdesátých let odchází Paul ze Sussexu do Imperial Cancer Research Fund v Londýně, kde prožívá významné tvůrčí období jako vedoucí laboratoře pro regulaci buněčného cyklu (1984–1987). Poté získává prestižní profesuru na Univerzitě v Oxfordu (1987–1993) a po návratu do Imperial Cancer Research Fund (1993) se r. 1996 stává generálním ředitelem této instituce, která je největší neziskovou organizací pro výzkum nádorových onemocnění mimo území Spojených států a disponuje vlastním široce koncipovaným výzkumem. Zaměstnává okolo 1000 vědeckých, klinických a technických pracovníků z celého světa. Krom toho stojí Paul Nurse v čele mezinárodního týmu zabývajícího se problematikou S. pombe. Nesporným úspěchem je rozluštění genomu S. pombe (dokončeno v minulém roce).

Nobelova cena za fyziologii nebo lékařství 2001 vzbudila zájem veřejnosti o mechanizmy dělení buněk zejména pro reálné vyhlídky na kauzální léčbu některých typů nádorového onemocnění v nadcházejícím desetiletí. Není proto překvapující, že v čele nejvýznamnější evropské neziskové instituce zabývající se rakovinou nestojí lékař, ale experimentující biolog. P. Nurse říká: „Výzkum je nejmocnějším nástrojem, který v boji s rakovinou máme. Zaměstnáváme nejlepší lidi z celého světa. Zaručujeme jim podporu a veškeré prostředky, které potřebují k získání výsledků. V podnětném prostředí otevřené mezinárodní spolupráce jim to umožní rozvinout nové směry pro prevenci, výzkum a léčbu nádorů. Je však bezpodmínečně nutné, aby nové vědecké poznatky byly přístupny celé mezinárodní vědecké veřejnosti. Toto stanovisko našlo podporu u předních politiků, např. u ministerského předsedy Velké Británie nebo u prezidenta Spojených států. Soukromý výzkum financovaný farmaceutickými firmami totiž otevřenou výměnu vědeckých informací neumožňuje, neboť chrání své speciální zájmy a je brzdou v poznávání podstaty této komplexní nemoci…“

Jak vyřadit právě jenom nádorové buňky?
U řady typů zhoubného bujení selhávají regulační mechanizmy založené na funkci CDK a cyklinů, jež operují v kontrolních uzlech buněčného cyklu. Nádorová buňka se této kontrole vymyká a důsledkem je poškození DNA, hromadění chyb při replikaci DNA nebo při segregaci chromozomů a nekontrolované dělení buněk. Zdá se, že i klasické léčebné procesy, např. radioterapie, jež poškozuje DNA, souvisejí se zásahem do regulačních mechanizmů dělení nádorové buňky, která reaguje na terapii jinak než buňka zdravá. Nové směry se snaží zneškodňovat nádorové buňky cíleně. Příkladem takového zásahu by se mohl stát gen p53 (tumour suppressor gene), který je poškozen téměř u poloviny nádorových buněk. Defektní protein p53 je důležitým faktorem při vývoji většiny lidských nádorových onemocnění. Cílená manipulace s tímto systémem by mohla pomoci nádorové buňky vyřadit. V Imperial Cancer Research Fund se obdobným směrem ubírá pátrání po přirozených inhibitorech a dalších specificky citlivých genech. Hledají se nové cesty v imunoterapii, které by zvýšily odolnost imunitního systému člověka k nádorovému onemocnění. Během dvaceti let se počítá s aplikací genové terapie při léčení některých forem nádorových onemocnění.

Poznámky

1) Prof. RNDr. Jan Motlík, DrSc., (*1946) vystudoval Vysokou školu veterinární v Brně. V Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR se zabývá molekulárními pochody zrání savčích oocytů.

PAUL NURSE

/*25. 1. 1949 v Norwichi ve Velké Británii/

Na základě svých zásluh o rozvoj vědy byl r. 2000 povýšen britskou královnou do šlechtického stavu. Je členem Britské královské společnosti a zakládajícím členem Britské akademie lékařských věd. Z cen a medailí, které P. Nurse získal ve Spojeném království, uveďme např. ocenění udělená univerzitami v Sheffieldu, Cardiffu, Sussexu, Birminghamu či Cambridži a čestné hodnosti univerzit ve východní Anglii, Sussexu, Birminghamu, Edinburku a Londýně.

Klíčové postavení zaujímá P. Nurse v organizační struktuře světových vědeckých společností a do značné míry určuje vědní politiku v Evropě i v USA. Je voleným členem Akademie Evropy a Národní akademie Spojených států, členem mezinárodních poradních sborů, např. Imunologického ústavu v Basileji, Institutu Curieových v Paříži, Sloanova-Ketteringova centra pro výzkum rakoviny v New Yorku a Novartisovy nadace. Získal dosud 17 mezinárodních cen a medailí mimo Velkou Británii, např. v Německu, Švýcarsku, Španělsku, Švédsku, Itálii, Holandsku, Kanadě a Spojených státech. Spolupráce profesora Nurse s českými vědci byla r. 1994 oceněna medailí J. E. Purkyně u příležitosti 4. Evropského kongresu pro buněčnou biologii. V roce 2001 mu Karlova univerzita udělila čestný doktorát za mimořádné zásluhy o posun vědeckého poznání biologie buňky a o rozvoj české vědy (viz rozhovor s P. Nursem viz Vesmír 81, 449, 2002/8).

TIM HUNT

Na začátku 80. let pracoval Tim Hunt v americké laboratoři vývojové biologie, kde používali zajímavý model – mořskou ježovku. Kdo někdy viděl v podmínkách laboratoře reprodukční „sílu“ tohoto modelu, snadno pochopí, že život musel vzniknout v moři. Stačí, když do Petriho misky s mořskou vodou a vajíčky ježovky přikápnete trochu spermií téhož druhu, a pod stereomikroskopem můžete pozorovat doslova koncert rýhování. Tim Hunt jako první rozpoznal biochemickou eleganci modelu, cyklicky se opakující syntézu a degradaci proteinu, který dostal jméno cyklin. Jeho experimenty poprvé přinesly jasný důkaz, že řízená degradace proteinů je klíčovým mechanizmem pro řízení buněčného cyklu.

Dovolím si spíše osobní vzpomínku na první setkání s Timem. Začátkem roku 1990 jsem pracoval v laboratoři vývojové biologie v Cukubě, ve vědeckém městečku, které leží severně od Tokia. Věnovali jsme se zrání oocytů a náš projekt s 6­dimethylaminopurinem vypadal velmi slibně. Když přišel můj japonský kolega s nápadem přihlásit se na konferenci ve Fukuoce (až na samém jihu Japonska), nasedali jsme do Šinkanzenu (rychlovlaku) s čerstvě sepsaným rukopisem. Cestou jsme si chystali otázky pro hlavního řečníka, jímž byl právě Tim Hunt. Evidentně se stal magnetem konference a se svou „nadmořskou výškou“ i manšestráky, které pamatovaly i lepší časy, se nedal mezi japonskými kolegy přehlédnout. V předsálí jsem sledoval, jak si připravuje diapozitivy u velmi nízkého japonského stolku. Pro vysoká Timova záda to bylo příliš náročné, a tak to vyřešil po svém. Klekl si před stolek a nerušeně pokračoval. Když si nebyl jist správnou pozicí diapozitivu, zdvihl ho proti oknu. Klečící Tim se zdviženýma rukama nápadně připomínal výjev z japonské modlitebny. Neváhal jsem a rychle jsem zmáčkl spoušť. Za pár dnů jsem měl krásný pozitiv, na který jsem připsal svou angličtinou něco jako: „Tim Hunt se modlí v japonské svatyni za úspěch při studiu buněčného cyklu.“ Bylo to vlastně mé poděkování Timovi za všechny diskuse na konferenci a za rukopis, který nám ochotně přes noc opravil. I situační komika může být na počátku přátelství.

Před pár týdny jsem měl v Londýně příležitost diskutovat s Timem Radfordem, vědeckým editorem renomovaného listu The Guardian. Tento jedinečný propagátor britské vědy mě upozornil na diskusní večer, který pořádá s Paulem Nursem a Timem Huntem, aby oba nositele Nobelovy ceny představil nejen z vědecké, ale i z lidské stránky. Je všeobecně známo, že Paul je briskní diskutér a jeho kritickým poznámkám neujde žádná slabina v systému financování britské vědy. Buďme však spravedliví, Paul dovede ocenit také dobré jídlo, a především kvalitní pivo. Ostatně o tom jsme se mohli přesvědčit při jeho návštěvách Prahy (jak dokládá rozhovor viz Vesmír 81, 449, 2002/8). Tim je pověstný svou láskou k silným motocyklům, o nichž dokáže vyprávět skoro tak poutavě jako o záhadách buněčného cyklu. Vždycky jsem obdivoval jeho bezmeznou trpělivost, se kterou soustředěně vyslechne problémy každého studenta. A co je nejdůležitější, každý odchází s „rozhřešením“, s dobrou radou jak dál. Není náhodou, že v tolika špičkových publikacích nacházíme poděkování laboratoři Tima Hunta. Právě jeho laboratoř dokáže kolegiálně rozesílat do celého světa jedinečné protilátky, jedinečné plazmidy.

Není tedy nejmenších pochyb o tom, že Nobelovy ceny za medicínu jsou v nejlepších rukou. Vždyť porozumění mechanizmu buněčného cyklu se stává naší nejsilnější zbraní jak v protinádorové terapii, tak v biotechnologiích, které slibují lepší výživu lidstva. 1)

Jan Motlík

Soubory

Článek ve formátu PDF: 2002_V443-453.pdf (916 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky