nagroda nobla w 2011 roku w dziedzinie fizjologii lub medycyny

Listy do redakcji / Letters to Editor
NAGRODA NOBLA W 2011 ROKU
W DZIEDZINIE FIZJOLOGII LUB MEDYCYNY
2011 NOBEL PRIZE IN PHYSIOLOGY OR MEDICINE
Joanna Weżgowiec*
Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki,
Katedra Inżynierii Biomedycznej, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27
* e-mail: [email protected]
STRESZCZENIE
Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 2011 roku została przyznana za badania dotyczące
funkcjonowania układu immunologicznego. Instytut Karolinska wyróżnił trzech naukowców. Bruce A. Beutler
i Jules A. Hoffmann zostali nagrodzeni za odkrycia dotyczące aktywacji odporności nieswoistej,
a Ralph M. Steinman za odkrycie komórek dendrytycznych i ich roli w rozwoju odporności swoistej. W pracy
zostały przedstawione najważniejsze fakty dotyczące nagrodzonych odkryć oraz sylwetki laureatów.
Słowa kluczowe: Nagroda Nobla 2011, fizjologia, medycyna, odporność swoista, odporność nieswoista,
komórki dendrytyczne
ABSTRACT
The Nobel Prize in Physiology or Medicine in 2011 was awarded for research on the functioning of the
immune system. The Nobel Assembly at Karolinska Institutet selected three scientists. Bruce A. Beutler and
Jules A. Hoffmann were awarded for their discoveries concerning the activation of innate immunity and
Ralph M. Steinman for his discovery of the dendritic cells and its role in adaptive immunity. This paper presents
the most important facts about the awarded discoveries and profiles of the winners.
Keywords: 2011 Nobel Prize , physiology, medicine, innate immunity, adaptive immunity, dendritic cells
1. Wstęp
Laureaci Nagrody Nobla w 2011 roku w dziedzinie fizjologii lub medycyny skupili swoją uwagę
na poszukiwaniu cząsteczek i mechanizmów związanych z obroną organizmu przed drobnoustrojami.
Bruce A. Beutler i Jules A. Hoffmann odkryli receptory białkowe odpowiedzialne za rozpoznawanie drobnoustrojów i aktywację nieswoistej (wrodzonej) odpowiedzi immunologicznej. Beutler
pracował na Uniwersytecie Texas Southwestern Medical Center w Dallas. Nagrodę Nobla otrzymał
w wieku 54 lat. Hoffman kierował laboratorium na Uniwersytecie w Strasburgu, został laureatem
w wieku 70 lat.
Ralph Steinman jest natomiast odkrywcą komórek dendrytycznych, zdolnych do aktywacji
i regulacji odporności swoistej (nabytej). Pracował w Uniwersytecie Rockefellera w Nowym Jorku,
zmarł Trzydnik przed ogłoszeniem wyników przez Komitet Nagrody Nobla, mając 68 lat [1].
Acta Bio-Optica et Informatica Medica Inżynieria Biomedyczna, vol. 21, nr 1, 2015
55
Listy do redakcji / Letters to Editor
2. Odkrycia dotyczące funkcjonowania układu odpornościowego
Układ odpornościowy ochrania organizmy przed infekcją na kilku poziomach. Jeżeli patogen pokona
bariery fizyczne, wrodzony układ odpornościowy zapewnia natychmiastową, lecz nieswoistą
odpowiedź. Jeżeli patogen skutecznie uniknie także odpowiedzi nieswoistej, aktywowana jest
działająca wolniej, swoista odpowiedź nabytego układu odpornościowego, bardziej skuteczna dzięki
zachowaniu w „pamięci immunologicznej” i rozpoznawaniu wcześniej wyeliminowanego patogenu.
Odkrycia uhonorowane Nagrodą Nobla w 2011 roku pozwoliły lepiej zrozumieć mechanizmy
aktywacji i regulacji odpowiedzi układu odpornościowego.
2.1. Odkrycia dotyczące odporności nieswoistej
Hoffman pracował na muszkach owocowych z mutacjami w różnych genach. Odkrył, że muszki
z mutacją w genie z rodziny genów Toll umierały po zainfekowaniu bakteriami lub grzybami, gdyż
nie były w stanie się przed nimi obronić. W ten sposób wykazał, że białka kodowane przez geny
z rodziny Toll pomagają wykrywać drobnoustroje i aktywować odporność nieswoistą organizmu
[2, 3].
Badania grupy kierowanej przez Beutlera dotyczyły podobnych zagadnień, jednak były
prowadzone na myszach. Naukowiec stwierdził, że myszy odporne na lipopolisacharyd bakteryjny
(LPS) miały mutację w genie, który był bardzo podobny do genu z rodziny Toll muszki owocówki.
Gdy receptor nazwany receptorem Toll-podobnym (TLR) wiąże LPS, aktywowana jest reakcja
zapalna, a w przypadku dużych dawek LPS dochodzi do wstrząsu septycznego [4, 5, 6, 7].
Wyniki te wykazały, że ssaki i muszki owocówki używają podobnych mechanizmów aktywacji
odporności wrodzonej, kiedy napotykają mikroorganizmy chorobotwórcze.
Odkrycia Hoffmanna i Beutlera wywołały wzrost zainteresowania badaczy tematyką odporności
wrodzonej. Około tuzina różnych receptorów Toll-podobnych zostało już zidentyfikowanych u ludzi
i myszy. Każdy z nich rozpoznaje określonego rodzaju cząsteczki powszechne u mikroorganizmów.
Osoby z pewnymi mutacjami w genach kodujących te receptory mają zwiększone ryzyko infekcji,
podczas gdy inne mutacje wiążą się ze zwiększonym ryzykiem przewlekłych chorób o podłożu
autoimmunologicznym [1].
2.2. Odkrycia dotyczące odporności swoistej
Komitet Nagrody Nobla docenił prace Steinmana polegające na scharakteryzowaniu komórek
dendrytycznych (jedna z ich subpopulacji, nazwana komórkami Langerhansa, została opisana po raz
pierwszy już w 1868 r.). Steinman udowodnił potencjał komórek dendrytycznych w inicjowaniu
odpowiedzi immunologicznej komórek T. Określił ich rolę polegającą na wyłapywaniu antygenów
atakujących organizm i transportowaniu ich do węzłów chłonnych, gdzie limfocyty uczą się je
rozpoznawać. Steinman z zespołem opracował również techniki hodowli komórek dendrytycznych,
czyniąc je łatwo dostępnymi do badań nad potencjalnymi zastosowaniami.
Obecnie wiele grup badawczych próbuje wykorzystywać komórki dendrytyczne jako elementy
immunoterapii w leczeniu nowotworów. Steinman i jego współpracownicy opracowali natomiast
nowe sposoby wykorzystania ich w celu wzmocnienia odpowiedzi na szczepienia i ochrony przeciw
HIV i innym chorobom zakaźnym. Z drugiej strony mogą być również stosowane w hamowaniu
niektórych chorób o podłożu autoimmunologicznym, np. reumatoidalnego zapalenia stawów
czy chorób tkanki łącznej, polegających na nadmiernej aktywacji układu immunologicznego. Kolejna
dziedzina zastosowań odkryć noblisty wiąże się z transplantologią, gdyż dzięki komórkom
dendrytycznym można wywołać tolerancję organizmu na przeszczep [8, 9, 10, 11, 12].
3. Sylwetki noblistów
Bruce A. Beutler to amerykański immunolog i genetyk, ur. 29 grudnia 1957 r. w Chicago. W 1976 r.
ukończył college na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, a w 1981 r. studia medyczne
na Uniwersytecie w Chicago. W latach 1981–1983 odbywał staż lekarski na Uniwersytecie Texas
Southwestern Medical Center w Dallas, a w 1983 r. staż podoktorski w laboratorium Anthony'ego
Acta Bio-Optica et Informatica Medica Inżynieria Biomedyczna, vol. 21, nr 1, 2015
56
Listy do redakcji / Letters to Editor
Ceramiego na Uniwersytecie Rockefellera w Nowym Jorku, gdzie jako pierwszy zidentyfikował
i wyizolował z organizmu myszy czynnik martwicy nowotworów TNF-α. W 1986 r. powrócił
na Uniwersytet Texas Southwestern Medical Center, podjął pracę w Instytucie Medycznym Howarda
Hughesa W 2000 r. otrzymał stanowisko profesora immunologii w Instytucie Badawczym Scrippsa
w La Jolla. W 2007 r. powrócił do Dallas, po utworzeniu Wydziału Genetyki objął jego kierownictwo.
Jest laureatem wielu prestiżowych nagród, m.in. Nagrody Shawa (2011, wspólnie z J. A. Hoffmannem
i R. M. Medzhitovem), Nagrody Albany Medical Center (2009, wspólnie z C. A. Dinarello
i R. Steinmanem), Nagrody Instytutu Willa Rogersa (2009), Nagrody Państwowej Akademii Nauk
(2008), Nagrody Frederika B. Bang (2008), Nagrody Balzana (2007, wspólnie z J. A. Hoffmannem),
Nagrody Williama B. Coleya (2006, wspólnie z S. Akira), Grand Prix Akademii Nauk CharlesLeopold Mayer (2006), Nagrody Roberta Kocha (2004, wspólnie z J. A. Hoffmannem
i S. Akira).Opublikował ponad 300 artykułów, cytowanych ponad 46 000 razy [13].
Jules A. Hoffmann to francuski immunolog, ur. 2 sierpnia 1941 r. w Echternach, Luksemburgu.
Stopień doktora nauk biologicznych uzyskał w 1969 r. na Uniwersytecie w Strasburgu. W latach
1973–1974 odbywał staż podoktorski na Uniwersytecie w Marburgu (Niemcy). Od 1964 r. pracował
w CNRS w Strasburgu, w 1974 r. objął stanowisko dyrektora ds. naukowych tej placówki. W latach
1978–2005 kierował jednostką zajmującą się badaniem odporności i rozwoju owadów, w latach
2007–2008 był prezesem Francuskiej Akademii Nauk, w marcu 2012 został wybrany członkiem
Akademii Francuskiej. Jest laureatem Nagrody Shawa (2011, wspólnie z B. A. Beutlerem
i R. M. Medzhitovem) oraz Nagrody Roberta Kocha (2004, wspólnie z B. A. Beutlerem i S. Akira).
Jest autorem ponad 250 publikacji [14].
Ralph M. Steinman to kanadyjski immunologicytolog, ur. 14 stycznia 1943 r. w Montrealu.
W 1968 r. ukończył studia medyczne na Universytecie Harvarda, staż lekarski odbył w Massachusetts
General Hospital w Bostonie. Od 1970 r. pracował w Uniwersytecie Rockefellera w Nowym Jorku,
od 1988 r. był profesorem i szefem tamtejszego Laboratorium Fizjologii Komórki i Immunologii. Jest
laureatem Nagrody Albany Medical Center Prize (2009, wspólnie z C. A. Dinarello
i B. A. Beutlerem), Nagrody im. Alberta Laskera w dziedzinie podstawowych badań medycznych
(2007) oraz Nagrody Fundacji Gairdnera (2003). Zmarł 30 września 2011 r. w Nowym Jorku. Jest
autorem ponad 400 publikacji [15].
4. Podsumowanie
Komitet przyznający Nagrodę Nobla w 2011 roku w dziedzinie fizjologii lub medycyny docenił
ogromny wkład Beutlera, Hoffmanna i Steinmana w zrozumienie kluczowych mechanizmów
aktywacji i regulacji układu odpornościowego. Wiedza ta otworzyła drogę do stworzenia nowych
szczepionek, leków przeciwnowotworowych, a także opracowania metod walki ze schorzeniami
o podłożu autoimmunologicznym, w których układ odpornościowy mylnie atakuje komórki i tkanki
własnego organizmu. Zaowocowała pracami kolejnych grup badawczych mającymi na celu
udoskonalenie poznanych mechanizmów obronnych i wsparcie układu odpornościowego
w sytuacjach, kiedy zawodzi.
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
The Official Web Site of the Nobel PrizeŁ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2011/press.html.
B. Lemaitre, E. Nicolas, L. Michaut, J.M. Reichhart, J.A. Hoffmann: The dorsoventral regulatory genecassettespätzle/
Toll/cactus controls the potent antifungal response in drosophila adults, Cell, vol. 86, 1996, s. 973–983.
J.A. Hoffmann: Innate immunity of insects, Current Opinion in Immunology, vol. 7 (1), 1995, s. 4–10.
A. Poltorak, X. He, I. Smirnova, M.Y. Liu, C. Van Huffel, X. Du, D. Birdwell, E. Alejos, M. Silva, C. Galanos,
M. Freudenberg, P. Ricciardi-Castagnoli, B. Layton, B. Beutler: Defective LPS signaling in C3H/HeJ and
C57BL/10ScCr mice: Mutations in Tlr4gene, Science, vol. 282, 1998, s. 2085–2088.
E.M.Y. Moresco, D. LaVine, B. Beutler: Toll-like receptors, Current Biology, vol. 21(13), 2011, s. 488–493.
B. Beutler: Innate immunity: An overview, Molecular Immunology, vol. 40(12), 2004, s. 845–859.
PNAS Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America:
http://www.pnas.org/content/110/32/12857.full.
R.M. Steinman, J. Banchereau: Taking dendritic cells into medicine, Nature, 449, 2007,s.419–426.
Acta Bio-Optica et Informatica Medica Inżynieria Biomedyczna, vol. 21, nr 1, 2015
57
Listy do redakcji / Letters to Editor
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
R.M. Steinman, Z.A. Cohn: Identification of a novel cell type in peripheral lymphoidorgans of mice, The Journal of
Experimental Medicine, vol. 137, 1973, s. 1142–1162.
R.M. Steinman, M.D. Witmer: Lymphoid dendritic cells are potent stimulators of the primary mixed leukocyte reaction
in mice, Proceedings of National Academy of Sciences USA, vol. 75, 1978, s. 5132–5136.
I. Mellman, R.M. Steinman: Dendritic cells: Specialized and regulated antigen processing machines, Cell, vol. 106(3),
2001, s. 255–258.
A. Bender, M. Sapp, G. Schuler, R.M. Steinman, N. Bhardwaj: Improved methods for the generation of dendritic cells
from nonproliferating progenitors in human blond, Journal of Immunological Methods, vol. 196, 1996, s. 121–135.
UT Southwestern Medical Center: http://profiles.utsouthwestern.edu/profile/10593/bruce-beutler.html.
Institut de Biologie Moleculaire et Cellulaire: http://www-ibmc.u-strasbg.fr/Pages_perso/documents/j_hoffmann_cvang.html.
The Rockefeller University Hospital: http://centennial.rucares.org/index.php?page=Dendritic_Cells.
otrzymano / submitted: 09.02.2015
zaakceptowano / accepted: 20.03.2015
Acta Bio-Optica et Informatica Medica Inżynieria Biomedyczna, vol. 21, nr 1, 2015
58