Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009 года

Рис. 1. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2009 год. Слева направо: Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер, Джек Шостак. Фото с официального сайта Нобелевской премии, со страницы премии 2009 года.

Нобелевскую премию 2009 г. по физиологии и медицине получили Элизабет Блэкберн (Elizabeth H. Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) и Джек Шостак (Jack W. Szostak) за открытие того, как хромосомы защищены теломерами, и белка теломеразы.(см. рис.1) Их работы ответили на вопрос, долго интересовавший ученых: каким образом концы хромосом защищены от разрушения при делениях клетки. С помощью генной инженерии они показали, что концевые участки хромосом - теломеры - имеют эволюционно консервативные структуру и функции.

Еще в 1930-х годах Герман Мюллер (Нобелевский лауреат по физиологии и медицине 1946) и Барбара МакКлинток (Нобелевский лауреат по физиологии и медицине 1983) заметили на концах хромосом эти структуры и назвали их теломерами. Они выдвинули гипотезу о защитной роли теломеров, но не смогли разгадать механизм их действия.[1,2] Элизабет Блэкберн в начале своей карьеры исследовала хромосомы инфузории Tetrahymena и заметила короткие повторы CCCCAA на концах хромосом, от 20 до 70 штук.[3] В это же время Джек Шостак обнаружил, что небольшие молекулы ДНК, которые он назвал минихромосомами, быстро разрушаются после введения в дрожжевые клетки.[4] "Объединив усилия", они присоединили к концам минихромосом концевые участки ДНК из Tetrahymena, и это сохранило минихромосомы в клетках дрожжей.[5] Далее выяснилось, что теломеры узнают специальные белки, которые формируют защитный колпачок поверх конечных участков молекул ДНК. Этим была доказана защитная роль теломеров и их высокая консервативность, так как инфузории и дрожжи принадлежат к совершенно разным группам организмов.

Также Грейдер и Блэкберн открыли фермент теломеразу, создающий эти участки на концах хромосом. Фермент имеет в своем составе молекулу РНК, выступающую в роли образца для сборки.[6,7,8] Перед клеточным делением всегда происходит репликация молекул ДНК, причем одна из цепей никогда не копируется до конца из-за механизма действия ДНК-полимеразы.[9,10] При дефиците теломеразы с каждым клеточным делением теломеры постепенно укорачиваются, что приводит к старению клетки, а затем и к ее смерти.[11] Этот процесс называется репликативным старением. Сейчас установлено, что это не единственная причина клеточного старения, тем не менее, ведутся активные исследования для устранения этой проблемы. У человека есть наследственное заболевание, связанное с мутацией в генах, отвечающих за синтез теломеразы. Оно проявляется в предрасположенности к раку, проблемах с самообновлением тканей и их восстановлением стволовыми клетками.[12] Более того, большинство раковых клеток для поддержания своего бесконечного деления повышают активность теломеразы.[13,14] Это открывает перспективу успешной борьбы с раковыми клетками путем прекращения в них действия теломеразы.

Таким образом, открытия Блэкберн, Грейдер и Шостака расширили границы нашего понимания клеточной регуляции, пролили свет на механизмы многих заболеваний, внесли большой вклад в развитие новых способов лечения.

Источники:

1. Muller HJ. The remaking of chromosomes. Collecting Net. 1938; 13:181‐198. 
2. McClintock B. The Stability of Broken Ends of Chromosomes in Zea Mays. Genetics. 1941 Mar;26(2):234‐82.
3. Blackburn EH, Gall JG. A tandemly repeated sequence at the termini of the extrachromosomal ribosomal RNA genes in Tetrahymena. J Mol Biol. 1978 Mar 25;120(1):33‐53
4. Orr‐Weaver TL, Szostak JW, Rothstein RJ. Yeast transformation: a model system for the study of recombination. Proc Natl Acad Sci U S A. 1981 Oct;78(10):6354‐8. 
5. Szostak JW, Blackburn EH. Cloning yeast telomeres on linear plasmid vectors. Cell. 1982 May;29(1):245‐55.
6. Greider CW, Blackburn EH. Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts. Cell. 1985 Dec;43(2 Pt 1):405‐13.
7. Greider CW, Blackburn EH. The telomere terminal transferase of Tetrahymena is a ribonucleoprotein enzyme with two kinds of primer specificity. Cell. 1987 Dec 24;51(6):887‐98.
8. Greider CW, Blackburn EH. A telomeric sequence in the RNA of Tetrahymena telomerase required for telomere repeat synthesis. Nature. 1989 Jan 26;337(6205):331‐7.
9. Watson JD. Origin of concatemeric T7 DNA. Nat New Biol. 1972 Oct 18;239(94):197‐201. 
10. Olovnikov AM. A theory of marginotomy. The incomplete copying of template margin in enzymic synthesis of polynucleotides and biological significance of the phenomenon. J Theor Biol.1973 Sep 14;41(1):181‐90.
11. Lundblad V, Szostak JW. A mutant with a defect in telomere elongation leads to senescence in yeast. Cell. 1989 May 19;57(4):633‐43.
12. Kirwan M, Dokal I. Dyskeratosis congenita, stem cells and telomeres. Biochim Biophys Acta. 2009 Apr;1792(4):371‐9.
13. Kim NW, Piatyszek MA, Prowse KR, Harley CB, West MD, Ho PL, Coviello GM, Wright WE, Weinrich SL, Shay JW.
  Specific association of human telomerase activity with immortal cells and cancer. Science. 1994 Dec 23;266(5193):2011‐5.
14. Stewart SA, Weinberg RA. Telomeres: cancer to human aging. Annu Rev Cell Dev Biol. 2006;22:531‐57.

Работа в поисковой системе PubMed

Поиск в PubMed

Для нахождения нужной мне информации я набрала в поиске системы PubMed название статьи, в которой будущие Нобелевские лауреаты впервые показали защитную функцию теломеров: "Cloning yeast telomeres on linear plasmid vectors" (статья №5 в источниках).
Вот так PubMed понял мой запрос:

("cloning, organism"[MeSH Terms] OR ("cloning"[All Fields] AND "organism"[All Fields]) OR "organism cloning"[All Fields] OR "cloning"[All Fields]) AND ("yeasts"[MeSH Terms] OR "yeasts"[All Fields] OR "yeast"[All Fields] OR "yeast, dried"[MeSH Terms] OR ("yeast"[All Fields] AND "dried"[All Fields]) OR "dried yeast"[All Fields] OR "yeast"[All Fields] OR "saccharomyces cerevisiae"[MeSH Terms] OR ("saccharomyces"[All Fields] AND "cerevisiae"[All Fields]) OR "saccharomyces cerevisiae"[All Fields]) AND ("telomere"[MeSH Terms] OR "telomere"[All Fields] OR "telomeres"[All Fields]) AND linear[All Fields] AND ("plasmids"[MeSH Terms] OR "plasmids"[All Fields] OR "plasmid"[All Fields]) AND ("genetic vectors"[MeSH Terms] OR ("genetic"[All Fields] AND "vectors"[All Fields]) OR "genetic vectors"[All Fields] OR "vectors"[All Fields])

Всего было найдено 6 статей, в том числе и нужная. В PubMed нет ее полного текста, только краткое содержание (Abstract). Можно получить литературную ссылку на статью, она выглядит так:

1: Szostak JW, Blackburn EH. Cloning yeast telomeres on linear plasmid vectors. Cell. 1982 May;29(1):245-55. PubMed PMID: 6286143.

Также можно получить полную запись о статье в базе данных MEDLINE: ссылка, загрузить текстовый файл.
На эту публикацию ссылается 120 статей (Cited by 120 PubMed Central articles). PubMed предлагает 319 статей по близкой тематике, из них 123 в открытом доступе (free full text) и 18 обзоров (review).

Создание запросов и коллекций в PubMed

С помощью продвинутого поиска (Advanced Search) в PubMed можно, например, составить запрос и найти статьи Нобелевского лауреата Элизабет Блэкберн за 2,5 года до получения Нобелевской премии, то есть с 10 июня 2006 года до 10 декабря 2009 года (день вручения премии).
Сгенерированный текст запроса:

((Blackburn EH[Author]) AND ("2006/06/10"[Date - Publication] : "2009/12/10"[Date - Publication])) NOT review[Publication Type]

Коллекция PubMed с результатами поиска: ссылка.
Всего было найдено 17 публикаций. Все статьи посвящены исследованию теломеров в различных клетках или рака, а также клеточному старению. Следовательно, Элизабет Блекберн продолжала заниматься той же темой, за которую получила Нобелевскую премию, и работает до сих пор.

Для лучшего изучения Advanced Search я составила еще один запрос, который выдает публикации в журналах (не обзоры) не Нобелевских лауреатов, содержащие ключевые слова "telomere", "telomerase", "chromosomes".
Текст запроса:

(((((((telomere) AND telomerase) AND chromosomes) AND "journal article"[Publication Type]) NOT review[Publication Type]) NOT Blackburn EH[Author]) NOT Szostak JW[Author]) NOT Greider CW[Author]

В результате я получила 2909 статей. 5 из них, показавшиеся мне интересными, я сохранила в отдельную коллекцию. Также я искала публикации по данной теме в меню Related citations, то есть то, что предлагает PubMed, и в меню Cited by - отображает статьи, процитировавшие данную. Несколько статей я тоже оставила в коллекции. Ее можно посмотреть здесь.