Το φετινό βραβείο Νομπέλ τιμά δύο επιστήμονες για την ανακάλυψη μιας θεμελιώδους αρχής που διέπει τον τρόπο ρύθμισης της γονιδιακής δραστηριότητας.
Οι πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στα χρωμοσώματά μας μπορούν να παρομοιαστούν με ένα εγχειρίδιο οδηγιών για όλα τα κύτταρα του σώματός μας. Κάθε κύτταρο περιέχει τα ίδια χρωμοσώματα, επομένως κάθε κύτταρο περιέχει ακριβώς το ίδιο σύνολο γονιδίων και ακριβώς το ίδιο σύνολο οδηγιών. Ωστόσο, διαφορετικοί τύποι κυττάρων, όπως τα μυϊκά και τα νευρικά κύτταρα, έχουν πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά. Πώς προκύπτουν αυτές οι διαφορές; Η απάντηση βρίσκεται στη γονιδιακή ρύθμιση, η οποία επιτρέπει σε κάθε κύτταρο να επιλέγει μόνο τις οδηγίες που σχετίζονται με την εκάστοτε λειτουργία. Αυτό εξασφαλίζει ότι μόνο το σωστό σύνολο γονιδίων είναι ενεργό σε κάθε κυτταρικό τύπο.
Ο Βίκτορ Αμπρος και ο Γκάρι Ρούβκουν επικέντρωσαν την έρευνά τους στο πώς αναπτύσσονται οι διαφορετικοί τύποι κυττάρων. Ανακάλυψαν τα microRNA, μια νέα κατηγορία μικροσκοπικών μορίων RNA που παίζουν κρίσιμο ρόλο στη γονιδιακή ρύθμιση.
Η πρωτοποριακή ανακάλυψή τους αποκάλυψε μια εντελώς νέα αρχή της γονιδιακής ρύθμισης που αποδείχθηκε ότι είναι απαραίτητη για τους πολυκύτταρους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Τα microRNAs αποδεικνύονται θεμελιωδώς σημαντικά για τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσονται και λειτουργούν οι οργανισμοί. Είναι πλέον γνωστό ότι το ανθρώπινο γονιδίωμα κωδικοποιεί πάνω από χίλια microRNAs.
Το φετινό βραβείο Νομπέλ Ιατρικής τιμά την ανακάλυψη ενός ζωτικού ρυθμιστικού μηχανισμού που χρησιμοποιείται στα κύτταρα για τον έλεγχο της γονιδιακής δραστηριότητας. Η γενετική πληροφορία ρέει από το DNA στο αγγελιοφόρο RNA (mRNA), μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται μεταγραφή, και στη συνέχεια στον κυτταρικό μηχανισμό για την παραγωγή πρωτεϊνών. Εκεί, τα mRNA μεταφράζονται έτσι ώστε οι πρωτεΐνες να παράγονται σύμφωνα με τις γενετικές οδηγίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA. Από τα μέσα του 20ού αιώνα, αρκετές από τις πιο θεμελιώδεις επιστημονικές ανακαλύψεις έχουν εξηγήσει πώς λειτουργούν αυτές οι διαδικασίες.
Τα όργανα και οι ιστοί μας αποτελούνται από πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων, όλοι με πανομοιότυπες γενετικές πληροφορίες αποθηκευμένες στο DNA μας. Ωστόσο, αυτά τα διαφορετικά κύτταρα εκφράζουν μοναδικά σύνολα πρωτεϊνών. Πώς είναι αυτό δυνατόν; Η απάντηση βρίσκεται στην ακριβή ρύθμιση της γονιδιακής δραστηριότητας, έτσι ώστε μόνο το σωστό σύνολο γονιδίων να είναι ενεργό σε κάθε συγκεκριμένο κυτταρικό τύπο. Αυτό επιτρέπει, για παράδειγμα, στα μυϊκά κύτταρα, στα εντερικά κύτταρα και στους διάφορους τύπους νευρικών κυττάρων να επιτελούν τις εξειδικευμένες λειτουργίες τους. Επιπλέον, η γονιδιακή δραστηριότητα πρέπει να ρυθμίζεται συνεχώς ώστε να προσαρμόζονται οι κυτταρικές λειτουργίες στις μεταβαλλόμενες συνθήκες του σώματος και του περιβάλλοντος. Εάν η γονιδιακή ρύθμιση «πάει στραβά», μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές ασθένειες όπως ο καρκίνος, ο διαβήτης ή η αυτοανοσία.
Στη δεκαετία του 1960, αποδείχθηκε ότι εξειδικευμένες πρωτεΐνες, γνωστές ως παράγοντες μεταγραφής, συνδέονται σε συγκεκριμένες περιοχές του DNA και ελέγχουν τη ροή της γενετικής πληροφορίας καθορίζοντας ποια mRNA παράγονται. Εκτοτε, έχουν ταυτοποιηθεί χιλιάδες μεταγραφικοί παράγοντες και για μεγάλο χρονικό διάστημα θεωρήθηκε ότι οι βασικές αρχές της γονιδιακής ρύθμισης είχαν επιλυθεί. Ωστόσο, το 1993, οι φετινοί νομπελίστες δημοσίευσαν απροσδόκητα ευρήματα που περιέγραφαν ένα νέο επίπεδο γονιδιακής ρύθμισης, το οποίο αποδείχθηκε ότι ήταν εξαιρετικά σημαντικό και διατηρήθηκε σε όλη την εξέλιξη.
Η έρευνα σε ένα μικρό σκουλήκι οδηγεί σε μια μεγάλη ανακάλυψη
Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, οι Αμπρος και Ρούβκουν ήταν μεταδιδακτορικοί συνεργάτες στο εργαστήριο του Ρόμπερτ Χόρβιτς, ο οποίος τιμήθηκε με το βραβείο Νομπέλ το 2002. Εκεί μελέτησαν ένα ταπεινό στρογγυλό σκουλήκι μήκους μόλις ενός χιλιοστού, το C. elegans. Παρά το μικρό του μέγεθος, το C. elegans διαθέτει πολλούς εξειδικευμένους τύπους κυττάρων, όπως νευρικά και μυϊκά κύτταρα που βρίσκονται και σε μεγαλύτερα, πιο πολύπλοκα ζώα, γεγονός που το καθιστά χρήσιμο πειραματικό μοντέλο για τη διερεύνηση του τρόπου ανάπτυξης και ωρίμανσης των ιστών στους πολυκύτταρους οργανισμούς. Οι δύο επιστήμονες μελέτησαν σκουλήκια με μεταλλαγμένα γονίδια και να κατανοήσουν τη λειτουργία τους.
Στη διάρκεια της έρευνας, ανακάλυψαν το microRNA το οποίο μπορούσε να ρυθμίζει ή και να αναστέλλει γονιδιακές λειτουργίες. Μόλις είχε ανακαλυφθεί μια νέα αρχή γονιδιακής ρύθμισης, με τη μεσολάβηση ενός άγνωστου μέχρι τότε τύπου RNA! Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν το 1993 σε δύο άρθρα στο περιοδικό Cell.
Τα ευρήματα των δύο επιστημόνων αντιμετωπίστηκαν αρχικά με… σιωπή από την επιστημονική κοινότητα, αρκετοί εκπρόσωποι της οποίας θεώρησαν ότι όλα αυτά ήταν χαρακτηριστικά του μικρού σκουληκιού και δεν (θα) είχαν εφαρμογή σε πιο πολύπλοκους οργανισμούς, πόσο μάλλον στον άνθρωπο.
[the_ad id=”44343012746“]
Η αντίληψη αυτή άλλαξε το 2000, όταν η ερευνητική ομάδα του Ρούβκουν δημοσίευσε την ανακάλυψη ενός άλλου microRNA που δεν υπήρχε στο σκουλήκι αλλά σε όλο το ζωικό βασίλειο. Τα επόμενα χρόνια εντοπίστηκαν εκατοντάδες διαφορετικά microRNA. Σήμερα, γνωρίζουμε ότι υπάρχουν περισσότερα από χίλια γονίδια για διαφορετικά microRNAs στον άνθρωπο και ότι η γονιδιακή ρύθμιση από microRNA είναι καθολική μεταξύ των πολυκύτταρων οργανισμών…
Πλέον οι επιστήμονες ξέρουν ότι η γονιδιακή ρύθμιση μέσω microRNA, που αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά από τους νομπελίστες πλέον επιστήμονες , λειτουργεί εδώ και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Ο μηχανισμός αυτός επέτρεψε την εξέλιξη όλο και πιο πολύπλοκων οργανισμών. Γνωρίζουμε από τη γενετική έρευνα ότι τα κύτταρα και οι ιστοί δεν αναπτύσσονται κανονικά χωρίς microRNAs. Η μη φυσιολογική ρύθμιση από τα microRNA μπορεί να συμβάλει στην εμφάνιση καρκίνου, ενώ στον άνθρωπο έχουν βρεθεί μεταλλάξεις σε γονίδια που κωδικοποιούν τα microRNAs, προκαλώντας καταστάσεις όπως η συγγενής απώλεια ακοής, οι οφθαλμικές και σκελετικές διαταραχές.
Ο Βίκτος Αμπρος γεννήθηκε το 1953 στο Νιου Χαμπσάιρ των ΗΠΑ. Το 1979 ολοκλήρωσε το διδακτορικό του από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT), όπου έκανε επίσης μεταδιδακτορική έρευνα 1979-1985. Εγινε κύριος ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ, το 1985. Διετέλεσε καθηγητής στην Ιατρική Σχολή του Dartmouth από το 1992 έως το 2007 και σήμερα είναι καθηγητής Φυσικών Επιστημών στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης.
Ο Γκάρι Ρούβκουν γεννήθηκε στο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνια, ΗΠΑ, το 1952. Έλαβε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ το 1982. Υπήρξε μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ), το διάστημα 1982-1985. Εγινε κύριος ερευνητής στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης και στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ το 1985, όπου σήμερα είναι καθηγητής Γενετικής.