Premiul Nobel Medicină 2012Adunarea Nobel de la  Institutul Karolinska a decis să acorde Premiul Nobel  pentru Medicină 2012 cercetătorilor John B. Gurdon şi Shinya Yamanaka pentru descoperirea faptului că celulele adulte pot fi reprogramate să redevină celule stem imature, pluripotente.



 

Premiul Nobel a fost acordat ca recunoaştere a eforturilor a doi oameni de ştiinţă care au descoperit că celulele adulte, specializate pot fi reprogramate pentru a deveni celule stem pluripotente (capabile să genereze toate tipurile de ţesut). Descoperirile lor sunt revoluţionare pentru înţelegerea modului în care se dezvoltă celulele şi organismele.

John B. Gurdon a descoperit în 1962 că specializarea celulelor este reversibilă. În cadrul unui  experiment clasic el a înlocuit nucleul celular imatur dintr-o celulă ou (embrionară) de broască cu nucleul prelevat de la o celulă intestinală matură. El a demonstrat că ADN-ul celulei mature, deşi specializate, dispunea de toate informaţiile necesare pentru dezvoltarea tuturor celorlalte celule specializate care alcătuiesc organismul broaştei.

În 2006, după mai bine de 40 de ani, Shinya Yamanaka a descoperit modul în care celulele mature intacte de şoareci ar putea fi reprogramate în celule stem imature, nespecializate. În mod surprinzător, prin introducerea a doar câtorva gene, el a reuşit să reprogrameze celulele mature în celule stem pluripotente, celule imature capabile să se specializeze în orice tip de celulă a organismului.

Aceste descoperiri revoluţionare au meritul de a fi schimbat complet felul în care comunitatea ştiinţifică priveşte dezvoltarea şi specializarea celulară. Acum înţelegem că celula matură nu trebuie să se limiteze totdeauna la starea sa specializată. Manualele au fost rescrise şi au fost stabilite noi domenii de cercetare. Prin reprogramarea celulelor umane, oamenii de ştiinţă au deschis noi drumuri în medicină pentru a studia şi a dezvolta metode de diagnostic şi de terapie.

 

 

Viaţa, o călătorie spre creşterea gradului de specializare

Toţi ne-am dezvoltat din celulele ou fecundate. Pe parcursul primelor zile după concepţie embrionul este format din celule imature, fiecare dintre acestea fiind capabilă să se dezvolte în toate tipurile de celule care formează organismul adult. Astfel de celule sunt numite celule stem pluripotente. Odată cu dezvoltarea în continuare a embrionului, aceste celule dau naştere la celule nervoase, celule musculare, celule hepatice şi alte tipuri de celule, fiecare dintre ele specializate în îndeplinirea unui rol specific în organismul adult. Această călătorie de la o celulă imatură la o celulă specializată a fost anterior considerată a fi unidirecţională. Se credea că celula se transformă în aşa fel încât în timpul maturării nu ar mai fi posibil ca aceasta să revină la un stadiu imatur, de celulă pluripotentă.

Broaştele realizează un salt înapoi în dezvoltare

John B. Gurdon a contestat dogma care constă în ideea că celulele nu ar putea niciodată să revină la starea în care au fost odinioară, la nivel embrionar, odată ce au ajuns să se maturizeze în anumite tipuri de ţesuturi. El a presupus că genomul acesteia ar putea să mai conţină toate informaţiile necesare pentru a conduce la transformarea acesteia în toate tipurile de celule diferite ale unui organism.

În 1962 el a testat această ipoteză prin înlocuirea nucleului unei celule provenită de la o broască cu un nucleu provenit de la o celulă matură specializată derivată din intestinul unui mormoloc. Oul s-a transformat într-un mormoloc clonat complet funcţional şi reluarea experimentului a condus la formarea altor broaşte adulte. Nucleul celulei mature nu şi-a pierdut capacitatea de a conduce la dezvoltarea unui organism pe deplin funcţional.

Descoperirea etalon a lui Gurdon a fost iniţial privită cu scepticism, dar a fost acceptată atunci când a fost confirmată de alţi oameni de ştiinţă. Acest lucru a iniţiat cercetări intense şi tehnica a fost dezvoltată în continuare, ducând în cele din urmă la clonarea mamiferelor. Cercetările efectuate de Gurdon ne-au arătat că nucleul unei celule mature, specializate poate fi readus la o stare de imaturitate, pluripotentă. Dar acest experiment a implicat îndepărtarea nucleelor celulare cu ajutorul unor pipete, urmate de introducerea  acestora în alte celule. Va fi vreodată posibil să retransformăm o celulă intactă într-o celulă stem pluripotentă?


O călătorie dus-întors - celulele mature revin la faza de celule stem

Shinya Yamanaka a fost în măsură să răspundă la această întrebare în cadrul unei descoperiri ştiinţifice realizate la mai mult de 40 de ani după descoperirea lui Gurdon. Cercetările sale şi-au îndreptat atenţia asupra celulelor stem embrionare, pluripotente, adică acele celule care sunt izolate de embrioni şi cultivate în laborator. Aceste celule stem au fost iniţial izolate la şoareci de Martin Evans (care a obţinut Premiul Nobel în 2007) şi Yamanaka a încercat să găsească genele care le-au menţinut în stare imatură. Atunci când mai multe dintre aceste gene au fost identificate, a testat dacă vreuna dintre ele ar putea reprograma celulele mature pentru a deveni celule stem pluripotente.

Yamanaka şi colegii săi au introdus aceste gene în diferite combinaţii, în celule mature din ţesutul conjunctiv, fibroblaste şi au examinat rezultatele la microscop. Ei au găsit în sfârşit o combinaţie care a funcţionat, iar reţeta a fost surprinzător de simplă. Prin introducerea a patru gene, împreună, acestea ar putea reprograma fibroblaşti să se transforme în celule stem imature!

Celulele stem pluripotente induse care rezultă (celule iPS) s-ar putea transforma în diferite tipuri de celule mature cum ar fi fibroblastele, celulele nervoase şi celulele intestinale. Descoperirea faptului că celulele intacte, mature ar putea fi reprogramate să devină celule stem pluripotente a fost publicată în 2006 şi a fost imediat considerată un progres major.


De la o descoperire surprinzătoare la utilizarea în medicină

Descoperirile realizate de Gurdon şi Yamanaka au arătat că celulele specializate pot involua în anumite circumstanţe. Deşi genomul lor suferă modificări în timpul dezvoltării, aceste modificări nu sunt ireversibile. Am obţinut o nouă perspectivă asupra dezvoltării celulelor şi a organismelor.

Cercetările efectuate în ultimii ani au demonstrat că celulele iPS pot da naştere tuturor tipurilor de celule existente în organism. Aceste descoperiri au pus la dispoziţie, de asemenea, noi instrumente pentru oamenii de ştiinţă din întreaga lume şi au condus la progrese remarcabile în multe domenii ale medicinii. Celulele iPS pot fi de asemenea preparate din celule umane.

De exemplu, celulele cutanate pot fi obţinute de la pacienţi care suferă de diferite boli, reprogramate şi examinate în laborator pentru a determina modul în care acestea diferă de celulele indivizilor sănătoşi. Aceste celule constituie instrumente de nepreţuit pentru înţelegerea mecanismelor bolii şi oferă astfel noi oportunităţi de a dezvolta terapii medicale.

Sir John B. Gurdon s-a născut în 1933 în Dippenhall, Marea Britanie. Acestuia i s-a acordat titlul de Doctor la Universitatea din Oxford în 1960 şi a fost doctorand la California Institute of Technology. El s-a alăturat laboratoarelor Universităţii din Cambridge, Marea Britanie în 1972 şi a activat ca profesor de Biologie Celulară şi director la Colegiul Magdalena din Cambridge. Gurdon activează în prezent la Institutul Gurdon din Cambridge.

Shinya Yamanaka s-a născut în Osaka, Japonia, în 1962. El a obţinut licenţa de medic în 1987 la Kobe University şi a activat ca şi chirurg ortoped înainte de a trece la cercetarea propriu-zisă. Yamanaka a primit titlul de doctor de la Osaka City University în 1993, după care a lucrat la Institutul Gladstone din San Francisco, Statele Unite ale Americii şi la Institutul de Ştiinţă şi Tehnologie Nara din Japonia. Yamanaka este în prezent profesor la Universitatea din Kyoto, unde conduce Centrul de Cercetare şi Aplicaţie pentru iPS. El este, de asemenea, investigator principal la Institutul Gladstone.

 



Traducere după The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012 de Ecaterina Pavel.