Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:15 • sest 21:38 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 01:18 • Sest 04:30 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:36 • Síðdegis: 19:53 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:39 • Síðdegis: 13:42 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Heilbrigðisvísindi Lífvísindi: mannslíkaminn
Heilbrigðisvísindi Læknisfræði
Náttúruvísindi og verkfræði Lífvísindi: almennt

Hverjir hlutu Nóbelsverðlaunin í lífeðlis- og læknisfræði árið 2012 og fyrir hvað hlutu þeir verðlaunin?

Guðrún Valdimarsdóttir

Nóbelsverðlaunin í lífeðlis- og læknisfræði árið 2012 skiptast á milli tveggja vísindamanna, John B. Gurdon, við Cambridge háskóla í Englandi og Shinya Yamanaka, Kyoto háskóla, Japan. Verðlaunin eru veitt fyrir að sýna að þroskaðar, sérhæfðar frumur er hægt að endurforrita í fjölhæfar stofnfrumur. Niðurstöður þeirra breyttu þeirri almennu skoðun að sérhæfing líkamsfruma (e. somatic cells) væri óafturkræf.

Gurdon var fyrstur manna til að klóna frosk þegar hann flutti kjarna úr sérhæfðri líkamsfrumu úr froski í kjarnalaust egg og sýndi fram á að erfðaupplýsingarnar úr líkamsfrumunni nægðu til að mynda halakörtu (1962). Yamanaka varð fyrstur til að umbreyta sérhæfðri líkamsfrumu beint í fjölhæfa stofnfrumu (2006).

Í fósturþroskun eru fyrstu frumurnar í fósturvísi ósérhæfðar en verða svo sérhæfðari með tímanum eftir því hvaða hlutverki þær munu gegna í líkamanum. Á árunum í kringum 1950 höfðu þroskunarfræðingar klónað frosk með því að flytja kjarna úr fósturvísi í kjarnalaust froskaegg (Rana pipiens) og myndaðist þá fullmynduð halakarta. Þegar þeir reyndu að endurtaka svipaða tilraun með kjarnaflutningi úr sérhæfðri frumu í kjarnalaust froskaegg mistókst fósturþroskun í halakörtunni. Því var almennt talið að erfðaupplýsingar í sérhæfðum frumum gangist undir óafturkræfar breytingar sem gera það að verkum að frumurnar hafi takmarkaða sérhæfingarmöguleika.

Gurdon notaði aðra froskategund (Xenopus laevis) í sínum rannsóknum en niðurstöður hans breyttu þessari viðteknu skoðun manna. Honum tókst að flytja kjarna úr sérhæfðri líkamsfrumu, þ.e. þekjufrumu meltingarvegarins, úr froski, í kjarnalaust egg og sýndi fram á að erfðaupplýsingarnar úr líkamsfrumunni nægðu til að mynda halakörtu ef þær væru í rétta umhverfinu. Þetta gerði hann árið 1962. Með þessum niðurstöðum sýndi hann fram á að erfðaupplýsingar tapast ekki í sérhæfingarferlinu. Núna vitum við að erfðaefnið er tjáð á mismunandi hátt í hinum ólíku sérhæfðu frumum. Gurdon breytti ekki aðeins grundvallarhugmyndum manna um óafturkræfni sérhæfðra fruma heldur innleiddi hann nýtt rannsóknarsvið og er stundum kallaður guðfaðir klónunar (e. Somatic Cell Nuclear Transfer, SCNT).

Stofnfrumur úr fósturvísum (ES frumur, e. embryonic stem cells) eru einangraðar úr fósturvísum eins og nafnið bendir til. Þær eru fengnar úr glasafrjóvgunum að upplýstu samþykki aðstandenda og hefði annars átt að farga þeim. Þær eru sagðar fjölhæfar (e. pluripotent) því þær geta sérhæfst í hvaða frumugerð líkamans sem er. Margir líta hýrum augum á þessar frumur til lækninga á ýmsum sjúkdómum, þar sem hægt væri að sérhæfa þær í ákveðna frumugerð sem sjúklingur þarf á að halda, og væri þá hægt að koma þeim frumum fyrir í sjúklingnum. Sá böggull fylgir þó skammrifi að vefjaflokkaprótein eru tjáð í ES frumunum sem gæti orsakað höfnun frumanna við ígræðslu.

Eftir uppgötvun Gurdons var spurningunni þó enn ósvarað hvort hægt væri að umbreyta líkamsfrumu einni og sér beint í fjölhæfa stofnfrumu. Yamanaka hafði í nokkur ár aðallega verið að skoða hvaða stjórnprótein/umritunarþættir (e. regulatory proteins/transcription factors) viðhaldi ES frumum ósérhæfðum og fjölhæfum og uppgötvaði meðal annars NANOG stjórnpróteinið sem verður að vera tjáð svo að ES frumur haldist fjölhæfar. Yamanaka framkvæmdi síðan djarfa tilraun þar sem hann kom mismunandi samsetningum af stjórngenum fyrir í músafrumum í frumurækt (bandvefsfrumur, e. fibroblasts) með hjálp retroveirusýkingar og notaði valkvætt próf til að rekja þær frumur sem umbreyttust í fjöhæfar stofnfrumur. Honum tókst að þrengja hringinn niður í aðeins fjögur stjórngen; Oct4, Sox2, Klf4 og Myc (sem nú eru nefndir Yamanaka þættirnir) sem gátu endurforritað líkamfrumurnar í fjölhæfar stofnfrumur. Frumur þessar höfðu eiginleika sem voru fyllilega sambærilegir við eiginleika ES fruma. Þessar frumur fengu nafnið iPS frumur (e. induced Pluripotent Stem cells).

Á fáum árum hefur orðið bylting í rannsóknum á iPS frumum. Vísindamenn hafa prófað ýmsar ólíkar aðferðir við að mynda iPS frumur bæði hvað varðar innskeytingaraðferðir á stjórngenunum svo og frumugerð líkamsfrumanna. Einnig hafa færri stjórnþættir verið prófaðir og kemur í ljós að sleppa má Myc, enda hefur hann valdið æxlismyndunum í músum sem á kímblöðrustigi hafa verið sprautaðar með iPS frumum. Heimtur á fjölhæfum iPS frumum eru lágar og því nauðsynlegt að nota valkvætt samrunagen til að velja úr þær frumur sem hafa endurforritast í iPS frumur. En hvað gera Yamanaka þættirnir til þess að ýta undir ósérhæfingu (e. de-differentiation)? Í stuttu máli þá virkja þeir gen sem taka þátt í fjölhæfi fruma en þagga aftur á móti niður í genum sem hafa hlutverki að gegna í frumusérhæfingu.

Út frá læknisfræðilegu sjónarhorni gætu iPS frumur orðið nytsamar í lyfjaþróun og til skilnings á sjúkdómsferlum. Einnig væri hægt að hugsa sér að búa til sérhannaðar fjölhæfar stofnfrumur fyrir sjúklinga. Þessar frumur leysa nefnilega þann vanda að sjúklingur hafni ígræddum frumum því þær hefðu sama genamengi og sjúklingurinn sjálfur. Lyfjaprófanir hafa þegar verið gerðar á iPS frumum úr sjúklingum; iPS frumur sjúklinga hafa verið sérhæfðar í þá frumugerð sem sjúklingur hefur gallaðar í líkama sínum og lyfjapróf gerð á þessum frumum. Þegar kemur að sjúkdómslækningu með iPS frumum, þar sem ákveðin stökkbreyting í geni veldur sjúkdómnum, þyrfti að gera við stökkbreytinguna í iPS frumustiginu (með Zinc Finger Nucleösum eða TALE nucleösum), sérhæfa frumurnar svo í þá frumugerð sem sjúklingurinn þarf á að halda og ganga undir ígræðslu. Þó ber að geta þess að sjúkdómslækning í mönnum með hjálp þessara fruma er ekki rétt handan við hornið. Áður en iPS frumur verða notaðar til lækninga þarf að athuga eiginleika þessara fruma miklu frekar.

Heimildir og myndir:

  • Nobelprize.org - The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012: (Skoðuð 10.10.2012)
  • Kolata G (1998) Clone: The road to Dolly and the path ahead, William Morrow & Company Inc., New York.
  • Takahashi K (2006) Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 126: 663-676.
  • Chun YS (2011) Induced pluripotent stem cells and personalized medicine: current progress and future perspectives. Anat. Cell Biol. 44: 245-255.
  • Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter (2008) Molecular biology of the Cell. 5th edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. New York, bls. 413.

Höfundur

Guðrún Valdimarsdóttir

lektor við lífefna- og sameindalíffræðistofu læknadeildar

Útgáfudagur

12.12.2012

Spyrjandi

Ritstjórn

Efnisorð

Tilvísun

Guðrún Valdimarsdóttir. „Hverjir hlutu Nóbelsverðlaunin í lífeðlis- og læknisfræði árið 2012 og fyrir hvað hlutu þeir verðlaunin?“ Vísindavefurinn, 12. desember 2012. Sótt 26. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=63592.

Guðrún Valdimarsdóttir. (2012, 12. desember). Hverjir hlutu Nóbelsverðlaunin í lífeðlis- og læknisfræði árið 2012 og fyrir hvað hlutu þeir verðlaunin? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=63592

Guðrún Valdimarsdóttir. „Hverjir hlutu Nóbelsverðlaunin í lífeðlis- og læknisfræði árið 2012 og fyrir hvað hlutu þeir verðlaunin?“ Vísindavefurinn. 12. des. 2012. Vefsíða. 26. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=63592>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hverjir hlutu Nóbelsverðlaunin í lífeðlis- og læknisfræði árið 2012 og fyrir hvað hlutu þeir verðlaunin?
Nóbelsverðlaunin í lífeðlis- og læknisfræði árið 2012 skiptast á milli tveggja vísindamanna, John B. Gurdon, við Cambridge háskóla í Englandi og Shinya Yamanaka, Kyoto háskóla, Japan. Verðlaunin eru veitt fyrir að sýna að þroskaðar, sérhæfðar frumur er hægt að endurforrita í fjölhæfar stofnfrumur. Niðurstöður þeirra breyttu þeirri almennu skoðun að sérhæfing líkamsfruma (e. somatic cells) væri óafturkræf.

Gurdon var fyrstur manna til að klóna frosk þegar hann flutti kjarna úr sérhæfðri líkamsfrumu úr froski í kjarnalaust egg og sýndi fram á að erfðaupplýsingarnar úr líkamsfrumunni nægðu til að mynda halakörtu (1962). Yamanaka varð fyrstur til að umbreyta sérhæfðri líkamsfrumu beint í fjölhæfa stofnfrumu (2006).

Í fósturþroskun eru fyrstu frumurnar í fósturvísi ósérhæfðar en verða svo sérhæfðari með tímanum eftir því hvaða hlutverki þær munu gegna í líkamanum. Á árunum í kringum 1950 höfðu þroskunarfræðingar klónað frosk með því að flytja kjarna úr fósturvísi í kjarnalaust froskaegg (Rana pipiens) og myndaðist þá fullmynduð halakarta. Þegar þeir reyndu að endurtaka svipaða tilraun með kjarnaflutningi úr sérhæfðri frumu í kjarnalaust froskaegg mistókst fósturþroskun í halakörtunni. Því var almennt talið að erfðaupplýsingar í sérhæfðum frumum gangist undir óafturkræfar breytingar sem gera það að verkum að frumurnar hafi takmarkaða sérhæfingarmöguleika.

Gurdon notaði aðra froskategund (Xenopus laevis) í sínum rannsóknum en niðurstöður hans breyttu þessari viðteknu skoðun manna. Honum tókst að flytja kjarna úr sérhæfðri líkamsfrumu, þ.e. þekjufrumu meltingarvegarins, úr froski, í kjarnalaust egg og sýndi fram á að erfðaupplýsingarnar úr líkamsfrumunni nægðu til að mynda halakörtu ef þær væru í rétta umhverfinu. Þetta gerði hann árið 1962. Með þessum niðurstöðum sýndi hann fram á að erfðaupplýsingar tapast ekki í sérhæfingarferlinu. Núna vitum við að erfðaefnið er tjáð á mismunandi hátt í hinum ólíku sérhæfðu frumum. Gurdon breytti ekki aðeins grundvallarhugmyndum manna um óafturkræfni sérhæfðra fruma heldur innleiddi hann nýtt rannsóknarsvið og er stundum kallaður guðfaðir klónunar (e. Somatic Cell Nuclear Transfer, SCNT).

Stofnfrumur úr fósturvísum (ES frumur, e. embryonic stem cells) eru einangraðar úr fósturvísum eins og nafnið bendir til. Þær eru fengnar úr glasafrjóvgunum að upplýstu samþykki aðstandenda og hefði annars átt að farga þeim. Þær eru sagðar fjölhæfar (e. pluripotent) því þær geta sérhæfst í hvaða frumugerð líkamans sem er. Margir líta hýrum augum á þessar frumur til lækninga á ýmsum sjúkdómum, þar sem hægt væri að sérhæfa þær í ákveðna frumugerð sem sjúklingur þarf á að halda, og væri þá hægt að koma þeim frumum fyrir í sjúklingnum. Sá böggull fylgir þó skammrifi að vefjaflokkaprótein eru tjáð í ES frumunum sem gæti orsakað höfnun frumanna við ígræðslu.

Eftir uppgötvun Gurdons var spurningunni þó enn ósvarað hvort hægt væri að umbreyta líkamsfrumu einni og sér beint í fjölhæfa stofnfrumu. Yamanaka hafði í nokkur ár aðallega verið að skoða hvaða stjórnprótein/umritunarþættir (e. regulatory proteins/transcription factors) viðhaldi ES frumum ósérhæfðum og fjölhæfum og uppgötvaði meðal annars NANOG stjórnpróteinið sem verður að vera tjáð svo að ES frumur haldist fjölhæfar. Yamanaka framkvæmdi síðan djarfa tilraun þar sem hann kom mismunandi samsetningum af stjórngenum fyrir í músafrumum í frumurækt (bandvefsfrumur, e. fibroblasts) með hjálp retroveirusýkingar og notaði valkvætt próf til að rekja þær frumur sem umbreyttust í fjöhæfar stofnfrumur. Honum tókst að þrengja hringinn niður í aðeins fjögur stjórngen; Oct4, Sox2, Klf4 og Myc (sem nú eru nefndir Yamanaka þættirnir) sem gátu endurforritað líkamfrumurnar í fjölhæfar stofnfrumur. Frumur þessar höfðu eiginleika sem voru fyllilega sambærilegir við eiginleika ES fruma. Þessar frumur fengu nafnið iPS frumur (e. induced Pluripotent Stem cells).

Á fáum árum hefur orðið bylting í rannsóknum á iPS frumum. Vísindamenn hafa prófað ýmsar ólíkar aðferðir við að mynda iPS frumur bæði hvað varðar innskeytingaraðferðir á stjórngenunum svo og frumugerð líkamsfrumanna. Einnig hafa færri stjórnþættir verið prófaðir og kemur í ljós að sleppa má Myc, enda hefur hann valdið æxlismyndunum í músum sem á kímblöðrustigi hafa verið sprautaðar með iPS frumum. Heimtur á fjölhæfum iPS frumum eru lágar og því nauðsynlegt að nota valkvætt samrunagen til að velja úr þær frumur sem hafa endurforritast í iPS frumur. En hvað gera Yamanaka þættirnir til þess að ýta undir ósérhæfingu (e. de-differentiation)? Í stuttu máli þá virkja þeir gen sem taka þátt í fjölhæfi fruma en þagga aftur á móti niður í genum sem hafa hlutverki að gegna í frumusérhæfingu.

Út frá læknisfræðilegu sjónarhorni gætu iPS frumur orðið nytsamar í lyfjaþróun og til skilnings á sjúkdómsferlum. Einnig væri hægt að hugsa sér að búa til sérhannaðar fjölhæfar stofnfrumur fyrir sjúklinga. Þessar frumur leysa nefnilega þann vanda að sjúklingur hafni ígræddum frumum því þær hefðu sama genamengi og sjúklingurinn sjálfur. Lyfjaprófanir hafa þegar verið gerðar á iPS frumum úr sjúklingum; iPS frumur sjúklinga hafa verið sérhæfðar í þá frumugerð sem sjúklingur hefur gallaðar í líkama sínum og lyfjapróf gerð á þessum frumum. Þegar kemur að sjúkdómslækningu með iPS frumum, þar sem ákveðin stökkbreyting í geni veldur sjúkdómnum, þyrfti að gera við stökkbreytinguna í iPS frumustiginu (með Zinc Finger Nucleösum eða TALE nucleösum), sérhæfa frumurnar svo í þá frumugerð sem sjúklingurinn þarf á að halda og ganga undir ígræðslu. Þó ber að geta þess að sjúkdómslækning í mönnum með hjálp þessara fruma er ekki rétt handan við hornið. Áður en iPS frumur verða notaðar til lækninga þarf að athuga eiginleika þessara fruma miklu frekar.

Heimildir og myndir:

  • Nobelprize.org - The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012: (Skoðuð 10.10.2012)
  • Kolata G (1998) Clone: The road to Dolly and the path ahead, William Morrow & Company Inc., New York.
  • Takahashi K (2006) Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 126: 663-676.
  • Chun YS (2011) Induced pluripotent stem cells and personalized medicine: current progress and future perspectives. Anat. Cell Biol. 44: 245-255.
  • Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter (2008) Molecular biology of the Cell. 5th edition. Garland Science, Taylor & Francis Group. New York, bls. 413.

...