Шостак

Nobel Laureate, Scientific Pioneer

Mass General"s Jack W. Szostak, PhD, Awarded the 2009 Nobel Prize in Physiology or Medicine

09/Dec/2009

Dr. Jack W. Szostak

В течение десятилетий ученых не оставлял вопрос, каким образом клетки предохраняют концы своих хромосом (и ДНК в них) от повреждения в ходе клеточных делений и сопровождающего их процесса репликации. Этот вопрос представлялся крайне важным, так как клеточное деление и репликация позволяют человеческому телу расти и репарировать повреждения.

Доктор Джек Шостак и его коллеги — Элизабет Блекберн и Керол Грейдер нашли ответ на этот волнующий многих вопрос. Они установили, что хромосомы защищены специализированными структурами – теломерами, также в этом процессе задействован фермент теломераза. За это выдающееся открытие в 2009 г. трем ученым была присвоена Нобелевская премия в области физиологии и медицины. 

Мистика теломер

Предположение о том, что на концах хромосом существуют особые защитные структуры возникло достаточно рано, еще в 30 годы. Но только, когда Уотсон и Крик в 1953 году описали структуру ДНК, стало более понятно на молекулярном уровне, каким образом могут такие структуры функционировать.

В 1980 г. Шостак и Блекберн показали, как хромосомы ведут себя в ходе клеточных делений. Вместе ученые продемонстрировали, что теломеры одноклеточного организма тетрохимена могу предохранять концы хромосом дрожжей. Это показывало, как работает фундаментальный биологический механизм. 

«Изначально нас интересовал фундаментальный вопрос копирования ДНК и поведения хромосом», говорит Шостак. «Необходимо понять, как это работает, если вы хотите дойти до практического применения. На самом деле только по прошествии нескольких лет значение нашей работы стало заметно».

Выяснение роли теломеразы

В 1984 году, Шостак, Блэкберн и Шампей, аспирант Калифорнийского университета, размышляли о существовании особого фермента (позже названного теломеразой), который достраивал новую ДНК к концам хромосом.

Грейдер и Блэкберн изолировали этот фермент годами позже. Вместе с Шостаком они обнаружили, что теломераза пополняет теломеры для предохранения хромосом и ДНК, а так же и здоровья новой клетки в целом, во время клеточного деления. Напротив, пониженная активность теломеразы укорачивает теломеры, истощая их защитные резервы, что приводит к старению клетки.

«В большинстве клеток нашего тела, теломераза выключается довольно рано», объясняет Шостак. «Ранняя активность обеспечивает клеткам запуск с хорошими, длинными теломерами. Однако, в тканях, где происходит большое количество клеточных делений – таких как кожа, слизистая кишечника и костный мозг – теломеры могут стать слишком короткими, в связи с недостатком теломеразы. Это приводит к определенным проблемам старения».

Исследователи в данный момент изучают, способна ли повышенная активность теломеразы справиться с болезнями, ассоциированными со старением, такими как сердечная недостаточность, старение кожи и коллапс иммунной системы. Кроме того работа Шостака может лечь в основу новых методов лечения рака.

«Так же как и в нормальных клетках, отсутствие теломеразы может ограничить количество делений потенциально раковых клеток», говорит Шостак. «Только те немногие клетки, которые смогли включить теломеразу, могут продолжать делиться, что и происходит в большинстве случаев онкологических заболеваний».

В результате, ученые экспериментируют с вакцинами, направленными против продукции теломеразы, для борьбы с раком. В этом отношении есть потенциальная возможность практического применения. «Включение данного фермента позволяет раковым клеткам делиться и распространять болезнь», замечает Шостак. «С другой стороны, его выключение приведет к укорочению теломер, смерти определенных клеток тела и даже худшим проблемам, связанным со старением, потому что процессы обновления и замены клеток не смогут осуществляться».

Известно, что кроме старения и рака, дефекты теломеразы могут являться причинами некоторых наследственных заболеваний, таких как врожденная апластическая анемия, болезни кожи и легких.

Изучение происхождения жизни

За последние три десятилетия, Шостак так же внес огромный вклад в области генетики. Он сконструировал первую искусственную хромосому дрожжей и разработал эволюционную технологию in vitro.

Его нынешнее исследование сфокусировано на изучении молекулярного происхождения жизни. Вопрос заключается в том, как сложные химические молекулы эволюционировали в простые организмы.

«Я пытают найти важные вопросы, ответы на которые позволят открыть новые двери», говорит Шостак. «Но это должны быть вопросы, которые мы сможем постигнуть с помощью науки и где мы сможем действительно добиться прогресса. Это та область, где я удачлив – определение нескольких правильных вопросов».

Команда Шостака в его лаборатории пытается создать «протоклетку». Эти примитивные клетки, которые содержат нуклеиновые кислоты, заключенные в мембрану, должны идеально самореплицироваться и эволюционировать в ответ на окружающие факторы.

Изучение данных синтетических моделей может привести к открытиям в области универсальных характеристик настоящих клеток, а так же химических и физических явлений, которые могут иметь практические приложения в биомедицинских исследованиях. Согласно «The New York Times», Шостак «уже делает успехи в его неразрешимом вопросе» и будущий успех в его нынешнем поприще сделает его «кандидатом на вторую Нобелевскую премию».

Большинство нынешних успехов Шостака является результатом деятельности его лаборатории в госпитале Mass General. Обычно госпитали проводят исследования, в большинстве случаев направленные на разработку клинических применений, чем на изучение основ.

«Одним из самых замечательных качеств Mass General является то, что этот госпиталь поддерживает множество фундаментальных исследовательских работ, конечно в контексте будущих применений», говорит Шостак. «Несмотря на то, что большинство моих исследований — фундаментальные, я руковожу и несколькими прикладными проектами. Очень приятно находиться в окружении, где ты можешь видеть обе стороны исследовательской медали».

Вернуться назад