hirdetés

TARTALOM

 VISSZA

 


A végek védelme


<b>A végek védelme</b>
dr. Víg Julianna
| | |
 

Az eukarióták problémája

A telomerek felfedezésének története a 30-as évekre nyúlik vissza, amikor két ─ azóta szintén Nobel-díjas ─ kutató, Barbara McClintock és Hermann Muller is megfigyelte, hogy az eukarióta kromoszómák végét speciális struktúra védi. E "sapkák" megakadályozzák, hogy a kromoszómák egymással összetapadjanak vagy rekombinálódjanak, vagyis stabilizálják a kromoszómák szerkezetét. A Muller által telomernek elnevezett struktúra alaposabb megismerésére azonban még évtizedeket kellett várni.

A 70-es évek elején újabb érdekességet írt le az eukarióta kromoszómavégekkel kapcsolatban ─ egymástól függetlenül ─ Alekszej Olovnyikov és James Watson. Akkor már ismert volt a DNS-replikáció mechanizmusa, és kiderült, hogy az eukarióták lineáris kromoszómáinak másolása olyan problémával jár, amely a cirkuláris prokariótakromoszómák esetében nem merül fel. A kromoszómákat "legyártó" DNS-polimerázoknak ugyanis prokariótákban és eukariótákban is két fontos jellegzetessége van: a DNS-lánc építését csak RNS-primer jelenlétében tudják megkezdeni, és csak 5`−3` irányban képesek folytatni. Az RNS-primert, amely tehát mindig az új DNS-lánc 5`-végén található, a DNS-polimeráz a szintézis befejeztével levágja a láncról, az így keletkező hiányt azonban nem tudja pótolni, a fent említett egyirányúság miatt. Ismétlődő replikációval így elvileg egyre rövidebb kromoszómák keletkeznek, ami a genetikai információ fokozatos elvesztését jelenti. A Watson által a végreplikáció problémájának nevezett jelenség komoly fejtörést okozott a molekuláris biológusok számára. Olovnyikov úgy vélte, hogy a fokozatos kromoszómarövidülés magyarázhatja meg, miért nem képes korlátlan számú osztódásra sejtjeink többsége, amit Leonard Hayflick már 1965-ben leírt. Az orosz kutató feltételezte továbbá ─ ma már tudjuk, hogy helyesen ─, hogy bizonyos sejtekben működnie kell a telomerek rövidülését kompenzáló mechanizmusnak.

Mi a szerepe a telomereknek, és hogyan oldják meg az eukarióta sejtek a végreplikáció problémáját? Elizabeth Blackburn, Carol Greider és Jack Szostak kutatásai mindkét kérdést megválaszolták.

Együttműködés

Blackburn a 70-es években a Cambridge-i egyetemen kutatott Fred Sanger irányítása alatt; a Sanger-csoport a molekuláris biológiát forradalmasító DNS-szekvenálási módszereken dolgozott. (A róla elnevezett módszer kidolgozásáért Sanger 1980-ban már második kémiai Nobel-díját vehette át; az elsőt 1955-ben nyerte el az inzulin aminosavsorrendjének meghatározásáért.) Ezekkel a módszerekkel felfegyverkezve került Blackburn a Yale egyetemre, ahol új kutatási területe a telomerek szekvenciájának meghatározása lett. Modellszervezetként a Tetrahymena thermophyla nevű csillós egysejtű szolgált, amely igen sok kisméretű kromoszómával, vagyis sok telomerrel rendelkezik. Blackburnnek sikerült meghatároznia a Tetrahymena-telomerek szekvenciáját, amelyek semmilyen korábban leírt szekvenciához nem hasonlítottak: az egyik szálon a TTGGGG, a másikon az AACCCC hexanukleotid ismétlődött többszázszor.

A továbblépést, mint már nem először a tudományos felfedezések történetében, látszólag távoli kutatási területek véletlen találkozása segítette. Blackburn 1980-ban egy molekuláris biológiai konferencián hosszan elbeszélgetett Jack Szostakkal, a Harvard kutatójával, aki élesztősejtekben tanulmányozta a homológ rekombináció folyamatát. Szostak elmondása szerint a munkát megnehezítette, hogy a kísérleteiben használt mesterséges (lineáris) minikromoszómák az élesztősejtbe juttatva igen instabilnak bizonyultak, és bizonyos számú osztódás után elfogytak.

A két kutató találkozásából közös kísérlet született: a Szostak létrehozta mesterséges kromoszómákat Tetrahymena-telomerekkel megtoldva jutatták az élesztősejtekbe. A kísérlet meglehetősen kevés sikerrel kecsegtetett, ugyanis korábban több hasonló struktúra, például a replikációs origó vagy a centromer-régió is működésképtelennek bizonyult idegen faj sejtjeiben. A válallkozó szellemű kutatók azonban szerencsével jártak, a csillós egysejtű telomerjei stabilizálták az élesztőgomba minikromoszómáit. Az, hogy az együttműködés két ilyen távoli faj között létrejöhetett, azt mutatta, hogy Blackburn és Szostak alapvető, evolúciósan konzervált biológiai mechanizmusra bukkant.

Nemsokára számos más fajban, köztük az élesztőben is azonosították a Tetrahymenáéhoz hasonló, de fajonként egyedi telomerszekvenciákat. Kiderült, hogy az ismétlődő szekvencia egy-egy fajban mindig ugyanaz, az ismétlődések száma azonban egy egyeden belül is ─ viszonylag szűk tartományon belül ─ változó.

Hogyan készül a telomer?

A kutatók következő kérdése az volt, hogyan szintetizálódnak a sejtben a telomerek, hiszen, mint láthattuk, e folyamat katalizálására az ismert DNS-polimerázok nem képesek. Ennek tisztázása elsősorban a harmadik díjazott, a Blackburn csoportjában doktoranduszként dolgozó Carol Greider érdeme. Greider egy elegáns kísérletben Tetrahymena-sejtkivonatot, radioaktív izotóppal jelölt nukleotidokat és egy szintetikus primert: a Tetrahymena-telomerekre jellemző szekvenciájú DNS-szakaszt ((TTGGGG)4) használt. Ebben az in vitro rendszerben sikerült kimutatnia, hogy a primer 3`-végéhez egyenként, mindig a TTGGGG szekvenciát követve kapcsolódnak a jelölt nukleotidok, ami arra utalt, hogy a szintézist a sejtkivonat valamely összetevője katalizálja. A folyamat hő- és proteinázérzékenysége igazolta, hogy a katalizátor fehérjetermészetű, vagyis enzim - ezt az enzimet nevezték el telomeráznak.

A következő években a két kutatónő a telomeráz szerkezetének feltárását tűzte ki célul. 1989-es Nature-cikkükben leírták, hogy az enzim a fehérjekomponensen kívül egy 159 nukleotid hosszúságú RNS-komponenst is tartalmaz. Az RNS egy szakaszát meg is szekvenálták, és kiderült, hogy az komplementer a telomerekben ismétlődő TTGGGG-szekvenciával. Ez egyértelműen arra utalt, hogy a telomeráz a repetitív telomerszekvencia szintéziséhez a saját RNS-ét használja templátként, ami rendkívül izgalmas felfedezés, hasonló mutatványra ugyanis korábban csakis a retrovírusokat tartották képesnek.

Blackburn és kollégái rövidesen tisztázták a telomeráz főszereplésével zajló folyamat lépéseit. Az enzim először is hozzákapcsolódik az újonnan lemásolt DNS-láncok 3`-végéhez, amely, mint láttuk, komplementer a saját RNS-ének egy szakaszával. A sikeres kapcsolódás után néhány nukleotiddal meghosszabbítja a DNS-láncot, majd továbbugrik, és újabb szemeket ad a lánchoz. A telomeráz ezt a két lépést több százszor, vagy akár több ezerszer is megismétli, két legyet ütve egy csapásra: egyrészt pótolja a láncvégi hiányt, amely az DNS-replikáció során az RNS-primer levágásával keletkezik, másrészt hosszú, repetitív szekvenciájú - és ezért a fokozatos rövidülést is jól tűrő - szakasszal hosszabbítja meg a kromoszómák végét. Egészséges felnőttekben ez az aktivitás csak bizonyos, intenzíven osztódó sejtekben (az ivarsejtekben, az őssejtekben és bizonyos fehérvérsejtekben) figyelhető meg, a szomatikus sejtek nagy részében a telomeráz inaktív. Az öregedéssel azonban a telomerázaktivitás az említett sejttípusokban is egyre csökken.

Hosszú telomer - hosszú élet?

Bármiyen korszakalkotó is egy felfedezés, Nobel-díjat általában csak akkor terem, ha legalábbis látótávolságba kerül gyakorlati alkalmazhatósága. A telomerázkutatókat is csak azután kezdték az esélyesek között emlegetni, hogy egyre-másra jelentek meg olyan közlemények, amelyek a telomerázaktivitást az öregedésen túl a rákkal és számos más betegséggel is összefüggésbe hozták.

Nem meglepő módon a túlzott és a túl alacsony telomerázaktivitás egyaránt súlyos problémát okoz. Telomeráz-hiperaktivitás jellemző a legtöbb tumorsejtre, csökkent telomerázműködést pedig több öröklött szindrómában (például Cri du chat-szindrómában, congenitalis aplasticus anaemiában, dyskeratosis congenitában és korai öregedéssel járó szindrómákban), valamint cardiovascularis betegségekben és diabetesben is kimutattak. Egyre több adatot közölnek arról is, hogy a telomerázaktivitást különböző környezeti hatások is befolyásolják. Blackburn is részt vett abban a megrázó kutatásban, amelyben krónikus beteg gyermeket nevelő édesanyákat vizsgáltak, és azt találták, hogy a krónikus stressz hatására a telomerek átlagos hossza rövidebb volt, mint az azonos életkorú kontroll csoportban ─ a különbség körülbelül egy évtizednyi öregedésnek felelt meg.

Hamar szárnyra kaptak a remények, hogy a telomeráz működésének befolyásolásával alternatív telomerhosszabbítás néven ismert.) Ha csodafegyver nem is, a telomerázgátlás valóban fontos eszköz lehet a tumorsejtek elleni küzdelemben, egyes adatok szerint például csökkentheti azok invazivitását. A telomerázgátló módszerek esetében ─ amelyek közül az egyik legígéretesebb a telomeráz elleni immunterápia ─ a legnagyobb nehézséget a specificitás biztosítása jelenti, hiszen ha a kezelés az egészséges osztódó sejtekben is gátolja a telomerázt, az végzetes következményekkel járhat.

Ami a telomeráz öregedésgátló kezelésként való alkalmazását illeti, ez a terület - Blackburn szavaival élve ─ "rendkívül termékeny talaj a sarlatánok számára". Fontos hangsúlyozni, hogy az enzim és az öregedés folyamata közötti direkt kapcsolat nem bizonyított, inkább arról van szó, hogy a telomerrövidülés összefügg az öregedéssel együtt járó betegségek (rák, cardiovascularis betegségek, diabetes) kockázatával. Az örök fiatalság titkához tehát aligha fog elvezetni minket a telomeráz. A lenyűgözően érdekes enzim felfedezése azonban olyan alapvető biológiai kérdéseket tisztázott, hogy minden bizonnyal méltán érdemelte ki a tudományos elismerést.

Elizabeth H. Blackburn 1948-ban született az ausztráliai Hobartban. Egytemi tanulmányait a University of Melbourne-ön végezte, PhD-ját 1975-ben Angliában, a University of Cambridge-en szerezte. Ezt követően a Yale egyetemen (New Haven, USA), majd a Kaliforniai Egyetem berkeley-i részlegén kutatott, 1990 óta pedig az egyetem San Francisco-i részlegének biológia- és élettanprofesszora.
Carol W. Greider 1961-ben született a kaliforniai San Diegoban. A Kaliforniai Egyetem Santa Barbara-i és berkeley-i részlegein tanult, utóbbin szerezte a PhD-ját 1987-ben (témavezetője Blackburn volt). Ezután a Cold Spring Harbor kutatóintézetben dolgozott, majd 1997-ben a baltimore-i Johns Hopkins egyetem orvosi karán kapott állást.
Jack W. Szostak 1952-ben született Londonban. Tanulmányait a montreali McGill egyetemen és a New York állambeli Cornell egyetemen végezte, itt szerezte PhD-ját 1977-ben. 1979 óta a Harvard Medical School oktatója, a bostoni Massachusetts General Hospital genetikaprofesszora, és a Howard Hughes Medical Institute munkatársa.




Kapcsolódó anyagok

Neurológia a betegágynál

Hozzászólások:

Nincs hozzászólás ehhez a cikkhez.

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.


Extra tartalom:

 
ROVAT TOVÁBBI CIKKEI

Aktualitások a pneumococcusinfekciókról: cardiovascularis szövődmények, kardiotoxicitás és a prevenció új lehetőségei időskorban

A légúti infekciók, elsősorban a súlyos pneumonia eddig nem kellő mértékben felismert, súlyos cardiovascularis szövődményekhez vezet, ami megnyilvánul a korai szakban fellépő akut coronariaszindrómákban, ritmuszavarokban és sokszorosan magasabb halálozási arányban, ami éveken keresztül kimutatható.

Tovább


Az új orális antikoagulánst szedő betegek perioperatív ellátása - fókuszban a dabigatran

Az új orális antikoaguláns gyógyszerek (NOAC) piacra kerülése alapjaiban más megközelítést igényel a kezelőorvos részéről, mint a korábban évtizedekig egyetlen lehetőségként alkalmazott K-vitamin-antagonisták (VKA).

Tovább


Az ischaemiás szívbetegség okai és patológiai megjelenési formái

A szívizomzat ischaemiáját az oxigénkínálat elégtelensége okozza, amely elsősorban coronariaeredetű, a koszorúerek károsodásával kapcsolatos, de megjelenhet ép coronariák mellett is, ilyenkor relatív ischaemia következménye.

Tovább


A roflumilast szerepe krónikus obstruktív tüdőbetegségben

A foszfodiészteráz-4-gátló roflumilast a krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) patogenezisében részt vevő egész sor gyulladásos sejtet és mediátort szupprimál. A cikkben áttekintem a roflumilast jelenlegi helyzetét a farmakokinetikára, hatásosságra és biztonságosságra fokuszálva.

Tovább


<b>A végek védelme</b>