Susumu Tonegawa: Nobeli laureaat, kes avastas antikehade geneetilise mehhanismi
Susumu Tonegawa — Nobeli laureaat, kes avastas antikehade geneetilise ümberkorralduse ja RNA-splaissimise rolli, selgitades adaptiivse immuunsuse mitmekesisust.
Selles jaapani nimes on perekonnanimi Tonegawa.
Susumu Tonegawa (sündinud 6. septembril 1939) on Jaapani teadlane, kes sai 1987. aastal Nobeli preemia füsioloogia või meditsiini alal.
Ta avastas geneetilise mehhanismi, mis tekitab antikehade mitmekesisuse. Kuigi ta sai Nobeli preemia oma töö eest immunoloogia valdkonnas, on Tonegawa hariduselt molekulaarbioloog. Hilisematel aastatel on ta pööranud oma tähelepanu mälu molekulaarsetele ja rakulistele alustele.
Tonegawa on kõige paremini tuntud adaptiivse immuunsüsteemi geneetilise mehhanismi väljaselgitamise poolest. Kui iga antikeha kodeeriks üks geen, oleks antigeenide eest kaitsmiseks vaja miljoneid geene.
Selle asemel, nagu Tonegawa näitas 1976. aastal alanud teedrajavas katsesarjas, võib geneetiline materjal end ümber korraldada, et moodustada suur hulk olemasolevaid antikehi. Peamist mehhanismi nimetatakse RNA splaissimiseks.
Antikehadel on oma struktuuris "muutuv piirkond". Tonegawa võrdles embrüonaalsete ja täiskasvanud hiirte B-rakkude (teatud tüüpi valgeliblede) DNA-d. Ta leidis, et täiskasvanud hiirte küpsetes B-rakkudes liiguvad geenid ümber, kombineeruvad ja kustutatakse, et luua antikehade muutuva piirkonna mitmeid versioone.
Täiendav selgitus Tonegawa avastuse kohta
Tonegawa töö tõi selgelt välja, et antikehade mitmekesisuse peamine allikas ei ole eraldi miljoneid erinevaid geene, vaid somaatiline DNA-rekombinatsioon. Konkreetsemalt kombineeritakse ja ümber järjestatakse V (variable), D (diversity) ja J (joining) geenisegmente, moodustades täiskasvanud B-rakkudes unikaalseid geenikombinatsioone, mis kodeerivad antikehade muutuvat (variable) piirkonda. See protsess on tavaliselt tuntud kui V(D)J rekombinatsioon.
Lisaks sellele aitab RNA splaissimine kaasa antikehade lõplikule mitmekesisusele, näiteks eri klasside (isotüüpide) tootmisel ja mitmete valikuvõimaluste loomiseks ühes geenilõigus. Seega on nii DNA-tasandi ümberkorraldumine kui ka RNA-töötlus olulised sammud, mis koos loovad suure hulga potentsiaalseid antikehi.
Meetodid ja tõendid
Tonegawa ja tema kolleegid kasutasid võrreldes embrüonaalse ja täiskasvanud B-rakkude DNA-d ensümaatiliste lõikuste ja DNA-hübriidisõelumise (nt Southern blot) abil. Nende tulemused näitasid, et immuunoglobuliini geenide piirkondade järjestused ei olnud täiskasvanud B-rakkudes identsed embrüonaalse paljundusmaterjaliga — see andis tugeva tõendi, et geenid on rakkude küpsemisel ümber järjestatud.
Mõju ja rakendused
- Immunoloogia teooria: avastus muutis põhjalikult arusaama sellest, kuidas organism suudab ära tunda ja neutraliseerida tohutut hulka erinevaid võõrvalke.
- Ravi ja biotehnoloogia: teadmised antikehade konstrueerimise mehhanismidest on aluseks kaasaegsele monoklonaalsete antikehade valmistamisele, vaktsiinide arendusele ja autoimmuunhaiguste uurimisele.
- Põhiteaduslik väärtus: Tonegawa töö sidus molekulaarbioloogia meetodid immuunoloogiaga ja näitas, kuidas geneetilised protsessid raku tasandil kujundavad organismi funktsiooni.
Hilisem teadustöö: mälu ja kognitiivne bioloogia
Pärast oma immunoloogia-alaste avastuste perioodi on Tonegawa suunanud palju tähelepanu närvisüsteemi uurimisele, eelkõige mäluprotsesside molekulaarsetele ja rakulistele alustele. Tema rühm on uurinud, kuidas teatud neuronikomplektid (nn engram-rakud) kodeerivad ja taasehitavad mälestusi ning kuidas mälestusi saab manipuleerida kaasaegsete meetoditega, näiteks optogeneetika abil. Need uuringud aitavad selgitada, kuidas mälud talletuvad hipokampuses ja teistes aju piirkondades ning kuidas mälestuste tugevust ja kättesaadavust mõjutavad molekulaarsed ja rakulised mehhanismid.
Pärand ja tähtsus
Susumu Tonegawa töö on näide sellest, kuidas fundamentaalne avastus molekulaarbioloogias võib mõjutada paljusid rakendusi alates meditsiinilisest ravist kuni meie arusaamiseni ajuteadusest. Tema Nobeli preemia põhjuseks olnud leiud on tänini immuunsuse uurimise keskmes ning tema hilisemad panused mälu uurimisse on avanud uusi teid kognitiivse neuroteaduse ja võimalike terapeutiliste lähenemiste jaoks neurodegeneratiivsete haiguste ning mäluhäirete ravis.
Kriitiline töö
Kriitilist tööd alustati Šveitsis Baselis ja hiljem MIT-s. "Meie töö lahendas kaua aega kestnud arutelu antikehade mitmekesisuse geneetilise päritolu üle. Selgus, et see mitmekesisus tekib päritud geenilõikude somaatilise rekombinatsiooni ja somaatilise mutatsiooni teel".
Seotud leheküljed
- Nobeli preemia laureaatide nimekiri riikide kaupa
Küsimused ja vastused
K: Mis on Susumu Tonegawa perekonnanimi?
V: Susumu Tonegawa perekonnanimi on Tonegawa.
K: Millal Susumu Tonegawa sündis?
V: Susumu Tonegawa sündis 6. septembril 1939. aastal.
K: Mille eest sai Susumu Tonegawa 1987. aastal Nobeli preemia?
V: Susumu Tonegawa sai 1987. aastal Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinna antikehade mitmekesisust tekitava geneetilise mehhanismi avastamise eest.
K: Millise uurimisvaldkonna poolest on Susumu Tonegawa kõige tuntum?
V: Susumu Tonegawa on kõige paremini tuntud adaptiivse immuunsüsteemi geneetilise mehhanismi väljaselgitamise eest.
K: Mitu geeni oleks vaja antigeenide vastu kaitsmiseks, kui iga antikeha kodeeriks üks geen?
V: Kui iga antikeha kodeeriks üks geen, oleks antigeenide eest kaitsmiseks vaja miljoneid geene.
K: Millist protsessi näitab Tonagewa töö kui võimalust luua tohutuid antikehade massiive? V: Tonagewa töö näitab, et RNA splaissingu abil saab luua tohutuid antikehade massiive.