Nagroda Nobla 2015 z chemii za badania nad mechanizmami naprawy DNA dla Tomasa Lindahla, Paula Modricha i Aziza Sancara

W tym roku nagroda Nobla z chemii została przyznana za wyjaśnienie działania mechanizmów, dzięki którym komórki są w stanie naprawiać stale powstające uszkodzenia DNA. Nagrodzeni to Tomas Lindahl, Paul Modrich i Aziz Sancar.

DNA zawiera informacje kluczowe dla tworzenia i działania organizmów. Jednak wpływ środowiska sprawia, ze w kodzie stale pojawiają się błędy, których naprawa jest niezwykle ważna dla podtrzymania życia. Tegoroczni nobliści wyjaśnili, jak komórki organizmów żywych naprawiają i chronią DNA. Od tego zależy m.in. obrona przed powstawaniem nowotworów.

DNA to delikatna cząsteczka, jednak od jej budowy zależy życie organizmu. Komórki muszą ją przechowywać i powielać przez cały czas życia sięgający nieraz ponad 100 lat. Dlatego tak ważne jest, by organizm potrafił wychwycić powstające w DNA błędy a następnie je naprawić.

 

Gdy komórka się dzieli kopiowane są wszystkie chromosomy. Mechanizm replikacji DNA rozwija helisę i tworzy dwie nowe nici DNA, używająć starych jako wzoru. Ponownie adenina zawsze łączy się z tyminą, a guanina z cytozyną.

 

Nasze DNA pozostaje przez lata zadziwiająco nienaruszone - zawdzięczamy to złożonym mechanizmom molekularnym, w których kluczową rolę odgrywają białka. Nagroda Nobla dla Tomasa Lindahla, Paula Modricha oraz Aziza Sansara została przyznana za poznanie szczegółowego przebiegu tych procesów. Każdy z nagrodzonych niezależnie od pozostałych poznał część całego mechanizmu.

Szwed, Tomas Lindahl, rozpoczął swoją pracę pod koniec lat 60. W tym czasie sądzono jeszcze, że DNA jest niezwykle odporną cząsteczką. Nic innego nie wchodziło w rachubę - wydawało się, że gdyby tak nie było, życie szybko skończyłoby się w wyniku powstających stale mutacji. Choć są one pożądane przez ewolucję, to nie mogą pojawiać się zbyt często.

Lindahl pracował nad cząsteczką RNA, pokrewną DNA. W swoich badaniach musiał ją podgrzewać i był zaskoczony tym, jak szybko ulega ona uszkodzeniu. Co prawda RNA jest delikatniejsze, ale i tak sprawa wyglądała podejrzanie - jak to możliwe, że DNA wytrzymuje nieuszkodzone przez całe życie? Wkrótce okazało się, że podejrzenia Tomasa Lindahla są uzasadnione: DNA ulega stałej, powolnej degradacji. Każdego dnia pojawia się w nim kilka tysięcy potencjalnie niebezpiecznych zmian. Doprowadziło go to do wniosku, ze musi istnieć mechanizm stale naprawiający te uszkodzenia. W 1974 roku opublikował pracę, w której wyjaśnił mechanizm naprawy uszkodzeń cytozyny w komórkach bakterii. Przez kolejne 35 lat Lindahl odkrył i zbadał wiele białek odpowiadających za naprawę DNA.

 

Wycinanie zasady naprawia DNA po uszkodzeniu zasady nukleotydu, na przykład cytozyny.

Aziz Sancar, urodzony w Turcji i pracujący w USA, 1976 roku sklonował gen odpowiadający za białko, którego rolą jest naprawianie uszkodzeń powstały w DNA pod wpływem ultrafioletu. Ponieważ skóra jest stale narażona na to promieniowanie, mechanizm ten musi działać na najwyższych obrotach.

 

Wycinanie nukleotydu naprawia uszkodzenia DNA powstałe w wyniku promieniowania UV lub spowodowane substancjami rakotwórczymi, jak te znajdujące się w dymie papierosowym. Naprawę uszkodzeń wywołanych przez ultrafiolet udało się wyjaśnić Sancarowi mechanizmem wycinania nukleotydu - w razie potrzeby usuwany jest duży, liczący około 30 par zasad, fragment nici DNA, który odtwarzany jest następnie z drugiej nici.

Paul Modrich opracował w latach 70. wyjaśnienie mechanizmu, który służy do rozpoznawania i naprawy błędnie umieszczanych w DNA nukleotydów, które mogłyby się powielić podczas replikacji i rekombinacji.

Mechanizmy, które zbadali tegoroczni nobliści odpowiadają m.in. za ochronę organizmu przed powstawaniem nowotworów. Dlatego wiedza na temat naprawy DNA przydaje się przy tworzeniu terapii, które ratują życie.

Nobliści

Tomas Lindahl - urodzony w 1938 roku w Sztokholmie. Przez wiele lat pracował na uczelniach szwedzkich - doktoryzował się w Karolinska Institutet, profesurę z chemii i medycyny zrobił na Uniwersytecie w Goeteberdze. Obecnie pracuje w brytyjskim Francis Crick Institute.

Paul Modrich - Amerykanin, ma 69 lat. Doktoryzował się na Stanfordzie, obecnie jest profesorem biochemii na Duke University School of Medicine.

Aziz Sancar - urodzony w 1946 roku w Turcji. Zatrudniony na Uniwersytecie Kalifornii Północnej.