Nobel za reparację DNA

Złożoność reakcji chemicznych zachodzących w naszych komórkach jest tak wielka, że błędy w każdej z nich nakładające się na siebie mogą spowodować prawdziwą katastrofę. W procesie ewolucji musiały więc wykształcić się procesy naprawcze, które mogłyby skutecznie reperować szkody i zapobiegać chorobom i smierci organizmów.

Z Francji pisze korespondent #MP dr Jacek Kubiak z francuskiego centrum badań naukowych (CNRS) oraz uniwersytetu Rennes.

Nobel za wybitne osiągnięcia w dziedzinie chemii trafia w tym roku do Tomasa Lindahla (ur. w 1938 r. w Szwecji Lindahl pracuje we Francis Crick Institute w Wielkiej Brytanii), Paula Modricha (ur. w 1946 r. jest Amerykaninem i pracuje w Duke University School of Medicine w Karolinie Północnej) i Aziza Sancara (ur. w 1946 r. w Turcji pracuje w University of North Carolina, a więc w tym samym stanie co Modrich). Komitet Noblowski uhonorował ich za odkrycie trzech różnych mechanizmów reparacyjnych DNA.


Żaden ze znanych nam procesów chemicznych, fizycznych, a tym bardziej biologicznych, które są wynikiem tych dwóch pierwszych, nie jest doskonały. Złożoność reakcji chemicznych zachodzących w naszych komórkach jest tak wielka, że błędy w każdej z nich nakładające się na siebie mogą spowodować prawdziwą katastrofę. W wyniku takich pomyłek, gdy dotyczą one przekazywania informacji zawartej w genach, zpadamy na choroby genetyczne.

W procesie ewolucji musiały więc wykształcić się procesy naprawcze, które mogłyby skutecznie reperować szkody i zapobiegać chorobom i śmierci organizmów. Procesy te poznajemy dopiero od niedawna. Dotyczą one praktycznie każdego poziomu organizcji naszych organizmów, od molekuł, przez organelle komórkowe, do komórek, tkanek i całych organizmów, a nawet ich populacji.
Tegoroczni nobliści wykryli i opisali w jaki sposób komórka naprawia swoje DNA na najniższym z tych poziomow, tzn. na poziomie molekularnym, czyli na poziomie reakcji chemicznych. Stąd Nobel z dziedziny chemii
Informacja genetyczna wszystkich organizmów żywych zapisana jest w strukturze kwasu dezoskyrybonukleinowego – DNA. Literami w genach są cząsteczki zwane nukleotydami. DNA budują cztery typy nukleotydów oznaczone literami A, C, G i T. Ich kombinacje tworzą kod genetyczny zapisujący swoistą instrukcję obsługi naszych orgnizmów.
DNA znajduje się we wszystkich komórkach naszego ciała. Zapisane tam geny decydują zaś o naszym rozwoju i funkcjonowaniu, a więc de facto o naszym życiu. Błędy w układzie nukleotydów, zwane mutacjami, mogą powodować zaburzenia, czyli choroby o podłożu genetycznym. To właśnie molekularne mechanizmy reperacyjne DNA wykryte przez trzech nowych noblistów strzegą nas przed tymi chorobami.

Pierwszy z nich, Tomas Lindahl wykrył zjawisko spontanicznej lub indukownej wymiany nukleotydu C na nukleotyd U, który w DNA zwykle nie występuje. Wykazał on również jak tego typu pomyłka w strukturze DNA jest naprawiana. Mutacje takie zachodzą niezwykle często i gdyby nie były korygowane, to życie na ziemi w ogóle nie mogłoby istnieć. W zdrowych komórkach reakcje molekularne odkryte przez Lindahla są niezwykle wydajne i zachodzą blyskawicznie, gdy tylko pojawi się problem. Jeśli jednak zawodzą, jak np. w komórkach przekształcających się w nowotworowe, mutacji tych przybywa w szybkim tempie, czego następstwem jest pojawienie się choroby – w tym wypadku raka.

Drugi z noblistów, Paul Modrich, opisał zupełnie inny mechanizm naprawy DNA, zwany po angielsku “mismatch repair”. Ten typ błędów to również pomyłki w układzie nukleotydów, ale pojawiają się one w trakcie powielania DNA. A powielanie DNA to proces niezbędny do namnażania się komórek. Wszystkie nowe komórki orgniazmu, aby mogły normalnie funkcjonować, muszą bowiem posiadać tę samą informację genetyczną. Dlatego DNA musi być dokładnie skopiowany przed każdym podziałem komórkowym. Zawsze, gdy komórka dzieli się, reakcje opisane przez Modricha usuwają błędy wywołane złym kopiowaniem DNA. Również i tych pomyłek pojawia się cała masa w trakcie każdego przepisywania informacji genetycznej z jednej nici DNA na drugą. Nagromadzenie się ich mogłoby zablokować zupełnie podziały komórek i spowodować śmierć organizmu nawet bardzo wcześnie w trakcie rozwoju.

Trzeci z noblistów, Aziz Sancar, badał jak promienie ultrafioletowe (UV) wywołują podobne zmiany w DNA. Wykazał w trakcie swych badań, że UV powoduje zlepienie się ze sobą dwóch sąsiednich nukleotydów T. Pojawianie się takich podwójnych nukleotydów w strukturze DNA jest bardzo groźne, gdyż może zupełnie sparaliżować powielanie DNA, lub wywoływać błędy przy odczytywaniu informacji genetycznej. Sancar nazwał odkryty przez siebie mechanizm molekularny “nucleotide excision” czyli “wycinanie nukloetydów”.
Te trzy różne mechanizmy naprawcze DNA zidentyfikowane przez tegorocznych noblistów dotyczą molekularnego poziomu organizacji. Procesy te prowadzą enzymy, czyli białka zdolne do łączenia się z DNA, cięcia go w odpowiednich miejscach, sklejania ze sobą zreperownych fragmentów DNA, wymiany jednych nukleotydów na inne. Są to bardzo skomplikowane enzymatyczne reakcje chemiczne.

Opis tych reakcji na poziomie molekularnym umożliwia opracowanie lekarstw przeciwko chorobom wywoływanym przez niesprawną maszynerię naprawczą naszego DNA. Lista takich chorób jest bardzo dluga. Są to np. zespół Blooma, czyli nadwrażliwość na światło słoneczne, czy zespół Wernera, czyli przedwczesne starzenie. Również z tych powodów nie sposób przecenić wagi odkryć trzech tegorocznych noblistów w dziedzinie chemii.

Jan Kubiak
Mediaum#Publiczne