Jak powstają wady wrodzone i nowotwory?
Wiele chorób i wad wrodzonych powstaje w wyniku błędnego podziału genów. Naukowcy wiedzieli o tym od dawna. Najnowsze badania przeprowadzone przez zespół prof. Kima Nasmytha z Institute for Molecular Pathology w Wiedniu odpowiadają na pytanie, jak do tego dochodzi. Ich wyniki, opublikowane w czasopiśmie "Cell", być może pomogą opracować nowe metody leczenia wad wrodzonych, m.in. zespołu Downa oraz nowotworów.
Podczas reprodukcji komórki dzieli się także jej zestaw genów. Właśnie z powodu błędu w tym procesie wiele nowotworów nabywa dodatkowe kopie genów powodujących raka, tzw. onkogenów, które mogą na przykład przyspieszyć rozwój tkanki rakowej. Wadliwy podział genów w komórkach rozrodczych powoduje obumarcie powstającego płodu we wczesnej fazie rozwoju lub pojawienie się u dziecka zaburzeń w rodzaju zespołu Downa.
Każda komórka naszego ciała ma dwa zestawy genów umieszczone na chromosomach. Człowiek ma 23 pary chromosomów trzymających się razem aż do podziału komórki. Wtedy są starannie segregowane do komórek potomnych. Jak się to odbywa? Jak działa maszyneria, której pomyłka może mieć tak poważne konsekwencje?
Pierwsze odpowiedzi na te pytania pojawiły się dwa lata temu, gdy grupa naukowców pod kierunkiem prof. Nasmytha (w jej pracach brał też udział Polak Rafał Ciosk) wyizolowała białka zwane kohezynami. Odkrycia dokonano, badając drożdże, które nie są bakteriami, ale organizmami jądrowymi, pod wieloma względami - z punktu widzenia genetyki - przypominającymi nas. Ponieważ podstawowe dla życia procesy są niemal identyczne we wszystkich organizmach jądrowych, obserwując drożdże, możemy się wiele dowiedzieć o nas samych. "Trwający ponad trzy miliardy lat nieprzerwany ciąg podziałów komórkowych łączy nas z pierwotnym przodkiem wspólnym dla wszystkich istot żywych" - twierdzi prof. Nasmyth. Wiele genów odkrytych w drożdżach odgrywa podstawową rolę u ludzi. Na dodatek organizmy te rosną szybko i mają niewiele genów, co ułatwia tzw. screen- ingi, czyli poszukiwania genetyczne, niemożliwe do przeprowadzenia na większych organizmach.
Taki właśnie screening przeprowadzili dwa lata temu naukowcy z Wiednia. Miesiącami ślęczeli przy mikroskopach, oglądając miliony komórek potraktowanych mutagennymi chemikaliami, by odnaleźć drożdże mutanty nie będące w stanie prawidłowo rozdzielać swoich chromosomów. Okazało się, że mutacja odbywa się w obrębie genu kodującego nowo odkryte białko - kohezynę. Nie wyjaśniło to jednak, jak działają kohezyny. Teraz zagadka została rozwiązana. Gdy komórka ma się podzielić, tworzy się tzw. wrzeciono kariokinetyczne. Pary chromosomów kolejno ustawiane są w środku wrzeciona i podłączane do "molekularnych traktorów", które zaczynają je ciągnąć w przeciwnych kierunkach. "Traktory" nie są jednak w stanie rozerwać siostrzanych par, ponieważ związane są one właśnie przez kohezyny.
Białka te działają jak molekularny klej - przylepiają się do określonych odcinków DNA w obrębie siostrzanych chromosomów i trzymają je razem. Dopiero kiedy wszystkie chromosomy ustawione są na osi wrzeciona i podłączone do "traktorów", molekularny czujnik uruchamia enzymy, które tną kohezyny na pół. Natura czujnika nie została jeszcze poznana. Wiadomo jedynie, że jest on niezwykle dokładny. Gdy za pomocą tzw. optycznej pincety umożliwiającej manipulowanie chromosomami naukowcy przeszkodzili zaledwie jednej z 23 par chromosomów w ustawieniu się na osi wrzeciona, podział komórki został zahamowany.
Gdy kohezyny zostają przecięte, uwolnione chromosomy są segregowane do komórek potomnych. Złe funkcjonowanie białek powoduje przedwczesne i chaotyczne rozdzielanie chromosomów, co jest przyczyną wad rozwoju oraz raka. Być może dokładne poznanie mechanizmu działania kohezyn pozwoli w przyszłości zapobiegać tym chorobom.
Lekarstwo zmniejszające ryzyko złej segregacji chromosomów w komórkach jajowych byłoby zbawieniem dla kobiet decydujących się zajść w ciążę po trzydziestce. Ryzyko urodzenia dziecka z zespołem Downa wzrasta wraz z wiekiem matki - u czterdziestolatki staje się bardzo poważne (wynosi mniej więcej 1:39). Tymczasem w krajach uprzemysłowionych odsetek "późnych" ciąż stale wzrasta.
Podczas reprodukcji komórki dzieli się także jej zestaw genów. Właśnie z powodu błędu w tym procesie wiele nowotworów nabywa dodatkowe kopie genów powodujących raka, tzw. onkogenów, które mogą na przykład przyspieszyć rozwój tkanki rakowej. Wadliwy podział genów w komórkach rozrodczych powoduje obumarcie powstającego płodu we wczesnej fazie rozwoju lub pojawienie się u dziecka zaburzeń w rodzaju zespołu Downa.
Każda komórka naszego ciała ma dwa zestawy genów umieszczone na chromosomach. Człowiek ma 23 pary chromosomów trzymających się razem aż do podziału komórki. Wtedy są starannie segregowane do komórek potomnych. Jak się to odbywa? Jak działa maszyneria, której pomyłka może mieć tak poważne konsekwencje?
Pierwsze odpowiedzi na te pytania pojawiły się dwa lata temu, gdy grupa naukowców pod kierunkiem prof. Nasmytha (w jej pracach brał też udział Polak Rafał Ciosk) wyizolowała białka zwane kohezynami. Odkrycia dokonano, badając drożdże, które nie są bakteriami, ale organizmami jądrowymi, pod wieloma względami - z punktu widzenia genetyki - przypominającymi nas. Ponieważ podstawowe dla życia procesy są niemal identyczne we wszystkich organizmach jądrowych, obserwując drożdże, możemy się wiele dowiedzieć o nas samych. "Trwający ponad trzy miliardy lat nieprzerwany ciąg podziałów komórkowych łączy nas z pierwotnym przodkiem wspólnym dla wszystkich istot żywych" - twierdzi prof. Nasmyth. Wiele genów odkrytych w drożdżach odgrywa podstawową rolę u ludzi. Na dodatek organizmy te rosną szybko i mają niewiele genów, co ułatwia tzw. screen- ingi, czyli poszukiwania genetyczne, niemożliwe do przeprowadzenia na większych organizmach.
Taki właśnie screening przeprowadzili dwa lata temu naukowcy z Wiednia. Miesiącami ślęczeli przy mikroskopach, oglądając miliony komórek potraktowanych mutagennymi chemikaliami, by odnaleźć drożdże mutanty nie będące w stanie prawidłowo rozdzielać swoich chromosomów. Okazało się, że mutacja odbywa się w obrębie genu kodującego nowo odkryte białko - kohezynę. Nie wyjaśniło to jednak, jak działają kohezyny. Teraz zagadka została rozwiązana. Gdy komórka ma się podzielić, tworzy się tzw. wrzeciono kariokinetyczne. Pary chromosomów kolejno ustawiane są w środku wrzeciona i podłączane do "molekularnych traktorów", które zaczynają je ciągnąć w przeciwnych kierunkach. "Traktory" nie są jednak w stanie rozerwać siostrzanych par, ponieważ związane są one właśnie przez kohezyny.
Białka te działają jak molekularny klej - przylepiają się do określonych odcinków DNA w obrębie siostrzanych chromosomów i trzymają je razem. Dopiero kiedy wszystkie chromosomy ustawione są na osi wrzeciona i podłączone do "traktorów", molekularny czujnik uruchamia enzymy, które tną kohezyny na pół. Natura czujnika nie została jeszcze poznana. Wiadomo jedynie, że jest on niezwykle dokładny. Gdy za pomocą tzw. optycznej pincety umożliwiającej manipulowanie chromosomami naukowcy przeszkodzili zaledwie jednej z 23 par chromosomów w ustawieniu się na osi wrzeciona, podział komórki został zahamowany.
Gdy kohezyny zostają przecięte, uwolnione chromosomy są segregowane do komórek potomnych. Złe funkcjonowanie białek powoduje przedwczesne i chaotyczne rozdzielanie chromosomów, co jest przyczyną wad rozwoju oraz raka. Być może dokładne poznanie mechanizmu działania kohezyn pozwoli w przyszłości zapobiegać tym chorobom.
Lekarstwo zmniejszające ryzyko złej segregacji chromosomów w komórkach jajowych byłoby zbawieniem dla kobiet decydujących się zajść w ciążę po trzydziestce. Ryzyko urodzenia dziecka z zespołem Downa wzrasta wraz z wiekiem matki - u czterdziestolatki staje się bardzo poważne (wynosi mniej więcej 1:39). Tymczasem w krajach uprzemysłowionych odsetek "późnych" ciąż stale wzrasta.
Więcej możesz przeczytać w 46/1999 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.