Нобелівська премія з хімії – за репарацію ДНК

2015 р. Нобелівську премію з хімії отримали троє науковців, які простежили механізми відновлення ДНК. Томас Ліндаль (Tomas Lindahl), Пол Модрих (Paul Modrich) та Азіз Санджар (Aziz Sancar) незалежно один від одного виявили, як ферменти усувають пошкоджену основу клітини з генетичної молекули, «ремонтують» дефекти від ультрафіолету й запобігають копіюванню зіпсутих клітин. Дотепер результати цих розвідок становлять основу медичних терапій.

 

 

 

Томас Ліндаль (Tomas Lindahl), Пол Модрих (Paul Modrich) та Азіз Санджар (Aziz Sancar) розділили Нобелівську премію з хімії 2015 р.

 

 

Те, ким ми є, частково визначає спадковий матеріал – генетичний код, закладений у кожній клітині нашого організму. Від першого поділу клітин заплідненої яйцеклітини до актуального віку ДНК копіює себе мільйони разів, також її атакують шкідливе випромінювання й аґресивні молекули. Утім наш спадковий матеріал протягом десятиліть залишається неушкодженим. Свою стійкість клітини ДНК завдячують постійному відновленню та процесам контролю, що відбуваються в наших клітинах. Завдяки цілому арсеналові інструментів наш організм ґарантує читабельність генетичного коду й те, що клітина його правильно передасть своїм наступникам. Якими є ці механізми, незалежно один від одного пояснили цьогорічні нобелівські лауреати: Томас Ліндаль, Пол Модрих й Азіз Санджар.

 

На початку 70-х рр. ХХ ст., працюючи  в Каролінському інституті у Стокгольмі, Томас Ліндаль виявив: ДНК не є стабільною та незмінною, як припускали наприкінці 60-х рр. Натомість генетична молекула вразлива до пошкоджень та процесів розпаду – і великою мірою.

 

Але в такому разі, як ДНК в наших клітинах зберігається протягом десятиліть? Ландал припустив: у клітинах мусять бути ферменти, які б ремонтували пошкодження, що в ній виникають.

 

У процесі експериментів дослідник натрапив на один з таких ферментів – він виявив бактеріальний протеїн, що активується тоді, коли аміногрупа втрачає цитозин, змінюючи код. Протеїн вирізає напівзламану основу з подвійного ланцюга, так що комплементарна основа залишається, а її протилежну частину можна доповнити.

 

1974 р. Ліндаль опублікував цей перший приклад так званої репарації ДНК. Протягом наступних 20 років він відкрив й інші механізми, а 1996 р. навіть зумів відтворити процес репарації у пробірці.

 

Проте є пошкодження, які неможливо ліквідувати за допомогою цього механізму відновлення ДНК, і до них належать, зокрема, руйнування внаслідок ультрафіолетового випромінювання. Як вони загоюються, з'ясував турецький учений Азіс Санджар. На початку 70-х рр. ХХ ст. в експериментах на бактеріях йому вдалося унікальне: опромінивши їх смертельним ультрафіолетовим випромінюванням, учений помітив, що мікроби приходили до тями, тільки-но їх опромінювали синім світлом.

 

Працюючи в Єльському університеті (США), Санкар простежив за цим механізмом відновлення. Виявилося, що бактерії мають ферменти, фотоліази, які за певного світла можуть полагодити пошкодження від ультрафіолету. Трохи пізніше Санджар наткнувся на іншу групу ферментів, які усувають ці пошкодження й у темряві. Для такої репарації «висічення нуклеотидів» ферменти справа й зліва від зіпсутої частини ДНК прорізають і видаляють на одному ланцюгу шматок завдовжки майже дванадцять пар основ. Зрештою полімерази заповнюють прогалину в ДНК, вбудовуючи комплементарні основи до збереженої другої ланки. 1983 р. Санджар розповів про цей механізм репарації, що аналогічно відбувається й у людських клітинах.

 

Третій нобелівський лауреат – американець Пол Модрих – розкрив вирішальний механізм контролю, який відповідає за те, щоб ДНК правильно копіювала себе. Спільно з колеґою він використав вірус і навмисно створив несправну спіраль ДНК: вони замінили деякі пари основ в одному її ланцюгу. Тоді, коли дослідники ін'єкцією ввели цю ДНК бактерії, клітина відремонтувала помилки. Вона копіювала лише правильний ланцюг, а дефектний відкладала наліво.

 

Згодом виявилося, що за цей механізм ремонту невідповідностей відповідає фермент Dam methylase. Він зберігає метилові групи на здоровому ланцюзі й позначає їх як здорові. Так помилки під час копіювання ДНК зменшуються у тисячі разів. Звідки цей фермент знає, який ланцюг треба позначити, дотепер не пояснили.

 

Разом троє науковців надали фундаментальну інформацію про те, як наші клітини усувають пошкодження генетичного матеріалу, описавши різні стратегії цього. З огляду на те, що внаслідок пошкодження ДНК виникають хвороби, зокрема рак, розуміння розкритих механізмів є важливим для багатьох медичних та біохімічних терапій.

 

 

Chemie-Nobelpreis für die DNA-Reparatur

scinexx.de, 07/10/2015

Зреферувала Соломія Кривенко

08.10.2015