Susumu Tonegava — Nobela laureāts, kas atklāja antivielu ģenētisko daudzveidību

Susumu Tonegava — Nobela laureāts, kas atklāja antivielu ģenētisko daudzveidību: rekombinācijas mehānisms, kas mainīja imunoloģiju un izpratni par adaptīvo imūnsistēmu.

Šajā japāņu vārdā uzvārds ir Tonegawa.

Susumu Tonegava (dzimis 1939. gada 6. septembrī) ir japāņu zinātnieks, kurš 1987. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā. Nobela komisija viņu godināja par atklājumu, kas mainīja izpratni par to, kā imūnsistēma ģenerē milzīgu antivielu daudzveidību no ierobežota gēnu kopuma. Tonegavas darbs savienoja molekulārbioģijas metodes ar klasisko imunoloģiju un atvērās ceļš daudziem turpmākiem pētījumiem medicīnā un biotehnoloģijā.

Atklājums: somatiskā gēnu pārkārtošanās

Viņš atklāja ģenētisko mehānismu, kas rada antivielu daudzveidību. Lai gan Nobela prēmiju viņš saņēma par darbu imunoloģijā, pēc izglītības Tonegava ir molekulārais biologs. Vēlākajos gados viņš pievērsies atmiņas molekulārajiem un šūnu pamatiem.

Tonegava ir vislabāk pazīstams ar adaptīvās imūnsistēmas ģenētiskā mehānisma noskaidrošanu. Ja katru antivielu kodētu viens gēns, aizsardzībai pret antigēniem būtu nepieciešami miljoniem gēnu. Tā vietā, kā 1976. gadā Tonegava parādīja nozīmīgā eksperimentu sērijā, ģenētiskais materiāls var pārkārtoties, lai veidotu plašu pieejamo antivielu klāstu. Galveno mehānismu sauc par RNS sazarošanu — šo saistīto formulējumu autors lietoja, tomēr precīzākais termins imunoloģijā ir V(D)J rekombinācija (somatiskā rekombinācija), kas nozīmē, ka imunoglobulīnu (antivielu) gēni tiek sastādīti no vairākiem gēnu segmentiem, kas tiek savienoti dažādās kombinācijās.

Kā notiek antivielu dažādība

Antivielu molekulā ir mainīgais reģions, kas tieši atbild par specifisku antigēnu atpazīšanu. Tonegava salīdzināja B šūnu (balto asinsķermenīšu tipa) DNS embrionālajās un pieaugušajās pelēs. Viņš atklāja, ka pieaugušu peļu nobriedušajās B šūnās gēni tiek pārvietoti, rekombinēti un dzēsti, lai izveidotu daudzas antivielu mainīgā reģiona versijas.

Šis process ietver vairākus elementus:

• Imunoglobulīnu gēni ir veidoti no segmentiem, kas saukti par V (variablo), D (diversitātes) un J (sajaukuma) blokiem; to nejauša kombinācija veido pamata dažādību.
• Papildus kombinatorajai dažādībai, mezglu punktā starp segmentiem var tikt pievienotas vai izdzēstas nukleotīdi (piem., ar enzīmu TdT), radot papildu variācijas — šo sauc par junctionālo dažādību.
• Pēc antigēna saskares var notikt somatiskā hipermutācija un klases pāreja, kas tālāk uzlabo antivielu afinitāti un funkciju (par šo procesā iesaistītā enzīma lomu atklāja citi pētījumi).

Tonegavas eksperimentālie pierādījumi balstījās uz DNS analīzi, izmantojot restrikcijas enzīmus un hibridizāciju, kas parādīja, ka tādu B šūnu DNS, kas kodē antivielas pieaugušajiem dzīvniekiem, ir fiziķiski pārveidota salīdzinājumā ar embrionālajām šūnām. Tas pierādīja, ka dažādība rodas nevis tikai no iedzimtām atšķirībām, bet somatiski — dzīves laikā — pārkārtojoties gēnu struktūrai.

Pētījuma ietekme un nozīme

Tonegavas atklājums deva skaidrojumu, kā imūnsistēma spēj atpazīt praktiski jebkuru svešu molekulu, un nodrošināja fundamentālu pamatu mūsdienu imunoloģijas attīstībai. Sekas ir plašas:

• labāka izpratne par autoimūnām slimībām un to mehānismiem;
• tehnoloģiju attīstība antivielu izgūšanai un monoclonālo antivielu ražošanai, kas kļuvušas par svarīgu terapiju līdzekli onkoloģijā, reimatoloģijā un citur;
• iemesli tālākiem pētījumiem par šūnu attīstību, receptoru ģenerēšanu un evolūcijas mehānismiem imūnsistēmā.

Vēlākie pētījumi

Pēc nozīmīgā darba imunoloģijā, Tonegava turpināja pētīt smadzeņu darbību un atmiņu molekulāros un šūnu pamatus. Viņa grupas pētījumi 21. gadsimta sākumā izmantoja modernas metodes (piem., ģenētiskas marķēšanas un optogenētiku), lai identificētu un manipulētu ar šūnu grupām — tā sauktajiem atmiņu "engram" šūnām — demonstrējot, kā noteiktu neironu aktivācija var izraisīt konkrētu atmiņu atsaukšanu vai modulāciju.

Apmeklētās un goda atzīmes

Par panākumiem viņš saņēma vairākas starptautiskas atzinības, no kurām nozīmīgākā ir Nobela prēmija. Tonegavas darbs turpina iedvesmot pētnieku paaudzes molekulārajā imunoloģijā un neirozinātnēs.

Susumu Tonegavas atklājums par gēnu pārkārtošanos imūnsistēmā ir viens no pamatprincipiem, kas skaidro, kā no ierobežota ģenētiskā materiāla rodas neticami liela funkcionāla daudzveidība — un tas ir paliekošs ieguldījums gan pamatzinātnē, gan medicīnā.

Jautājumi un atbildes

J: Kāds ir Susumu Tonegavas uzvārds?

J: Kad Susumu Tonegawa ir dzimusi?

J: Par ko Susumu Tonegawa 1987. gadā saņēma Nobela prēmiju?

J: Ar kādu pētījumu jomu Susumu Tonegawa ir vislabāk pazīstams?

J: Cik gēnu būtu nepieciešams, lai aizsargātu pret antigēniem, ja katru antivielu kodētu viens gēns?

Meklēt pēc burta