Apoptoza - nazywana inaczej programowaną lub bardziej popularnie \"samobójczą\" śmiercią komórki, to bardzo ważny proces autodestrukcji, regulowany genetycznie. Umożliwia on organizmom wyższym kontrolowanie liczby komórek w trakcie dojrzewania, a także pozwala usunąć komórki uszkodzone lub zmienione nowotworowo.

Za badania nad procesami, które zachodzą w komórkach ulegających apoptozie, doc. dr hab. Piotr Widłak z Centrum Onkologii-Instytutu im. Marii Skłodowskiej-Curie, oddział w Gliwicach http://www.io.gliwice.pl otrzymał Indywidualną Nagrodę Naukową Wydziału Nauk Medycznych PAN. http://www.mp.pl/kurier/index.php?aid=25213&print=1&_tc=86BB6F5C3C5C42B8B8D7B438BE2D3A39

NADZIEJA DLA WIELU CHORYCH

Piotr Widłak jest autorem cyklu prac dotyczących identyfikacji i badania właściwości tzw. nukleaz apoptotycznych.

Badania nad apoptozą dają nadzieję na rozwiązanie wielu problemów medycznych. Zaburzenia w procesie apoptozy zwiększa bowiem ryzyko chorób nowotworowych.

Wywoływanie apoptozy to jeden z pożądanych efektów terapii przeciwnowotworowej.

W procesie apoptozy komórek ważną rolę odgrywają pewne enzymy - nukleazy. Są to enzymy trawiące kwasy nukleinowe (DNA trawiony jest przez DNazy, a RNA - przez RNazy).

Nukleazy przerywają (hydrolizują) wiązania między nukleotydami, czyli podstawowymi cegiełkami budującymi kwasy nukleinowe.

20-LETNIE POSZUKIWANIA NUKLEAZ APOPTYCZNYCH

W roku 1980 dr Andrew Wyllie wysunął tezę, że czynnikiem odpowiedzialnym za proces apoptozy jest aktywacja swoistej DNazy.

Poszukiwania jej trwały blisko 20 lat. Została odkryta w latach 1997/1998 przez dwa zespoły naukowe, kierowane przez dr. Xiaodong Wanga (z Southwestern Medical Center w Dallas) i dr. Shigekazu Nagata.

Nukleaza ta nazwana została DFF albo CAD (akronim angielskich nazw DNA Fragmentation Factor lub Caspase-activated DNase).

W roku 2001 zespół dr. Wanga opublikował odkrycie drugiej nukleazy apoptotycznej - endonukleazy G (EndoG).

W normalnie żyjących komórkach białko EndoG przechowywane jest w mitochondriach, ciałkach komórkowych odpowiedzialnych za produkcję energii.

W komórkach ulegających apoptozie białko to przemieszcza się do jąder komórkowych gdzie może trawić DNA.

BADANIA PORÓWNAWCZE OBU NUKLEAZ - DFF I EndoG

Badania będące przedmiotem nagrodzonych prac, dr Widłak rozpoczął w roku 1997, w trakcie swojego stażu naukowego w Southwestern Medical Center w Dallas, gdzie współpracował z dr. Wangiem i miał udział w odkryciach dokonanych przez jego zespół.

Przedmiotem badań dr. Widłaka były właściwości katalityczne, mechanizm fragmentacji chromatyny (czyli kompleksu DNA i białek) oraz sposoby regulacji obu nukleaz, aktywowanych w komórkach ulegających apoptozie.

Od kilku lat badania te, finansowane grantami Komitetu Badań Naukowych, prowadzone są w Centrum Onkologii w Gliwicach.

\"Komórki ulegające apoptozie wykazują szereg charakterystycznych zmian morfologicznych (takich jak obkurczenie błony komórkowej i kondensacja chromatyny) oraz biochemicznych - między innymi swoistą fragmentację DNA\" - wyjaśnił PAP dr Widłak.

Dr Widłak przeprowadził analizę porównawczą właściwości katalitycznych nukleaz DFF i EndoG. Najważniejsza różnica między oboma enzymami polega na tym, że DFF jest DNazą trawiącą jednocześnie obie nici DNA, a EndoG jest zarówno RNazą jak i DNazą nacinającą tylko jedną nić DNA.

KIEDY KOMÓRKI UMIERAJĄ

Podczas badania mechanizmu regulacji aktywności DFF, dr Widłak stwierdził, że w zdrowych komórkach obecny jest nadmiar inhibitora (dodatkowego enzymu uruchamiającego białko trawiące DNA). Nadmiar ten zapobiega przypadkowej aktywacji nukleazy.

\"Po usunięciu inhibitora tworzy się aktywna forma nukleazy, zdolna rozkładać DNA w chromatynie. Enzym ten jest dodatkowo aktywowany przez szereg białek chromatyny\" - tłumaczy biolog.

Badając mechanizm fragmentacji chromatyny dr Widłak stwierdził, że obie nukleazy wybiórczo wycinają z chromosomów olbrzymie fragmenty o długości około 50 tysięcy par nukleotydów - tak zwane pętle albo domeny chromatyny. Następnie atakują one DNA łącznikowy pomiędzy kolejnymi nukleosomami, czyli podstawowymi jednostkami strukturalnymi chromatyny (składającymi się z oktameru histonowego i nawiniętego nań fragmentu DNA zbudowanego ze 146 par nukleotydów).

Dr Widłak wykazał również, że fragmentacja DNA przeprowadzana przez nukleazy apoptotyczne jest warunkiem kondensacji chromatyny, charakterystycznej dla umierających komórek.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Jabłońska

29 grudnia 2004

reo