รางวัลโนเบล สาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ ปี 2009

ผู้ค้นพบ การสังเคราะห์ DNA ในตำแหน่ง Terpmers
ผู้ค้นพบ การสังเคราะห์ DNA ในตำแหน่ง Terpmers

ผู้ได้รับรางวัลโนเบล สาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ ประจำปี 2009 ได้แก่

  • Elizabeth H. Blackburn
  • Carol W. Greider
  • Jack W. Szostak

จากผลงานร่วมมือกันใน ” การค้นพบกระบวนการป้องกันการสูญเสียยีนของโครโมโซมด้วย Telomere และ เอนไซม์ Telomerase”

The Telomere-Function and Synthesis

The Telomers Funtion and Synthesis
The Telomers Funtion and Synthesis

การสังเคราะห์ DNA ที่ปลาย Telomere (ดูภาพประกอบคำอธิบาย) (PDF)

ที่ปลายของโครโมโซมที่เป็นเส้นตรง เรียกว่า Telomere จะมีการถอดแบบต่างจากการถอดแบบทั่วไป การถอดแบบ DNA นั้นต้องอาศัย RNA primer ในกระบวนการถอดแบบ และเมื่อตัด RNA primer ออกไปจะเกิดช่องว่างที่ปลายของสาย DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นมาใหม่  การที่จะเติมนิวคลีโอไทด์ในช่องว่างนั้นไม่สามารถทำได้  เพราะ  DNA polymerase จะต่อได้จากปลาย 3′ ไป 5′ เท่านั้น  ซึ่งถ้าเป็นเช่นนี้  การถอดแบบในแต่ละครั้งก็จะทำให้โครโมโซมสั้นลงไปเรื่อยๆ แต่เซลล์จะมีกระบวนการในการป้องกันการสูญเสียยีนที่อยู่ปลายโครโมโซม โดยเติมนิวคลีโอไทด์เข้าที่ปลาย 3′ ของโครโมโซมได้เป็น telomeric DNA   โดยเอนไซม์  Telomerase ซึ่งเป็นการช่วยเพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่เป็น tandem repeat เข้าไป และจะกลายเป็นต้นแบบให้ primer เข้ามาจับและสังเคราะห์ DNA ได้ยาวเท่ากันในทุกครั้ง

มีการค้นพบอีกว่า cell ที่มีการทำงานของเอนไซม์ Telomerase มาเกินไปทำให้เซลล์นั้นเป็นมะเร็ง การสร้างสารยับยั้ง เอนไซม์ Telomerase จึงทำให้เซลล์มะเร็งมีการห่อตัว และตายได้

ข้อมูลอ้างอิง http://nobelprize.org , http://en.wikipedia.org/wiki/Telomerase

การสังเคราะห์ DNA ที่ปลาย telomere

ที่ปลายของโครโมโซมที่เป็นเส้นตรง (telomere) จะมีการถอดแบบต่างไปจากกลไกที่กล่าวมา จากรูป 12.7 จะเห็นว่า การถอดแบบ DNA นั้นต้องอาศัย RNA primer และเมื่อตัด RNA primer ออกไปแล้วก็จะมีช่องว่างที่ปลายของสาย DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ การที่จะเติมนิวคลีโอไทด์ในช่องว่างโดย DNA polymerase ตามวิธีที่กล่าวมาแล้วก็ใช้ไม่ได้ เพราะ DNA polymerase ไม่สามารถต่อสายทางด้าน 5¢ ได้ จะต่อได้จากปลาย 3¢ เท่านั้น ซึ่งถ้าเป็นเช่นนี้ การถอดแบบในแต่ละครั้งก็จะทำให้โครโมโซมสั้นลงไปเรื่อยๆ แต่พบว่าในเซลล์บางชนิด เช่น germ cell จะมีการเติมนิวคลีโอไทด์เข้าที่ปลาย 3¢ ของโครโมโซมได้เป็น telomeric DNA โดยเอนไซม์ telomerase ในคน telomeric DNA จะเป็น tandem repeats ของ นิวคลีโอไทด์ AGGGTT การที่ telomerase ช่วยเพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่เป็น tandem repeat เข้าไป เพื่อจะเป็นแม่พิมพ์ให้ primer เข้ามาจับ และมีการสังเคราะห์ DNA ของอีกสายหนึ่ง เพื่อให้โครโมโซมยาวเท่าเดิม และป้องกันการสูญเสียยีนสำคัญที่อยู่ใกล้ปลายโครโมโซม

การเติมนิวคลีโอไทด์โดยเอนไซม์ telomerase ไม่ต้องใช้ primer เพราะ telomerase มีทั้ง RNA oligonucleotide และโปรตีน ซึ่งก็คือเอนไซม์ reverse transcriptase (สามารถสังเคราะห์ DNA จาก RNA ได้) ขั้นตอนในการทำงานของ telomerase ดังแสดงในรูป 12.8 โดยเริ่มต้นจากการที่ telomerase มาจับกับสายของ DNA ที่ปลาย 3¢ และสังเคราะห์ส่วนของ DNA ที่มีเบสที่ complementary กับ RNA template ที่อยู่ในเอนไซม์ หลังจากนั้นจะมี RNA primer มาจับกับ DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ แล้วส่วนของ DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ก็จะทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์ สำหรับการสังเคราะห์สาย lagging โดย DNA polymerase จะทำหน้าที่สังเคราะห์ต่อให้เสร็จสมบูรณ์จนได้สาย DNA ที่มีความยาวเท่าเดิม

รูปที่ 12.8 การสังเคราะห์ telomere โดยเอนไซม์ telomerase และ การสังเคราะห์ DNA ทางปลาย 5¢®3¢ ของสาย lagging (Mathews CK, van Holde KE. Biochemistry, 1996.)

ใน somatic cells ที่มีอายุมากขึ้น เอนไซม์ telomerase ไม่ทำงาน จึงทำให้ telomere สั้นลง แต่ถ้ามีความผิดปกติของ telomerase คือ ทำงานมากขึ้นก็จะทำให้โครโมโซมยาวขึ้น เซลล์จะแบ่งตัวได้โดยไม่มีขีดจำกัดซึ่งพบได้ในเซลล์มะเร็งบางชนิด ปัจจุบันจึงได้นำความรู้นี้มาพัฒนาสารที่ยับยั้ง telomerase เพื่อที่จะทำให้ปลายโครโมโซมสั้นลง เซลล์มะเร็งก็จะตายได้

sarapuk

คนที่อยากเห็น Biomedical Engineering ของประเทศไทย พัฒนาก้าวไกล

3 thoughts on “รางวัลโนเบล สาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ ปี 2009

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องที่ต้องการถูกทำเครื่องหมาย *