Buněčný cyklus, kvasinky, nádory a cytoskelet

Je 18. října 2001, deset hodin dopoledne, čekáme v recepci hotelu UK v Celetné ulici, kde je sir Paul Nurse ubytován. Přiletěl včera se svou ženou a čekají na příjezd dcery. Šli se projít na Staroměstské náměstí. Vstupují společně, oba se představují. Usedáme ke stolu v tiché místnosti vyzdobené stylovými obrazy a díky srdečnosti P. Nurse jsme okamžitě vtaženi do rozhovoru.

Vesmír: V srpnu 2001 jste se zúčastnil XX. Mezinárodní konference o kvasinkové genetice a molekulární biologii v Praze dvěma referáty. První byl o regulaci buněčného dělení, druhý se týkal kvasinkové genomiky.

Paul Nurse: Ano.

V.: V obou přednáškách jste se zabýval hlavně kvasinkou Schizosaccharomyces pombe. Kdy a proč jste si tento model vybral pro svou experimentální práci?

P. N.: Oblibu k poltivým kvasinkám jsem převzal od profesora Mitchisona, který byl mým rádcem, když jsem začínal na Univerzitě v Edinburku.

V.: Ano, to byl klasik buněčného cyklu, jeho kniha mi učarovala.

P. N.: Mně také… Má obliba poltivých kvasinek se však neodvíjí od jejich uplatnění při výrobě piva nebo vína. Pomocí kvasinky Schizosaccharomyces pombe se sice také vyrábějí alkoholické nápoje, snad někde v Africe, ale nejsou prý valné kvality. To, že jsem u poltivých kvasinek setrval, je asi projev mého konzervatizmu, nevím. V každém případě mi kvasinky pomohly pochopit základní zákonitosti regulace buněčného cyklu. Na začátku mne také inspirovaly výsledky výzkumu Lelanda Hartwella, který se zabýval mutanty kvasinky S. cerevisiae s poškozeným průběhem cyklu.

V.: Kvasinková konference v Praze nebyla vaše první návštěva v Čechách. Mohl byste nám něco říci o svých prvních kontaktech s českými vědci?

P. N.: Do Prahy jsem jezdil ještě v době, když jste byli Československo, v 80. letech. Tehdy existovala určitá kulturní dohoda mezi Velkou Británií a ČSSR. Navštívil jsem i jiná města než Prahu, např. Bratislavu. Mnozí z vědců, s nimiž jsem se setkal, se stali mými přáteli. Tehdy jste neměli příliš velkou svobodu pohybu a měli jste mnohem méně kontaktů se zahraničím než teď, ale překvapilo mne, jak právě kvasinkový výzkum byl zde aktivní a kvalitní. Asi to souvisí s tradiční výrobou piva.

V.: Od roku 1996 jste generálním ředitelem Imperial Cancer Research Fund a zároveň v tomto ústavu vedete laboratoř pro výzkum buněčného cyklu. Máte nějaký recept jak to všechno stihnout?

P. N.: Je to trochu neobvyklé, že se stále aktivně věnuji práci v laboratoři, když mám tolik organizačních povinností. Chce to prodloužit pracovní dobu. Žádný speciální recept jinak nemám. Jenom snad když vyřizuji různé telefonické stížnosti, vykonávám zároveň různé mechanické práce na svém stole, např. třídím poštu. Ušetří to čas a nepříjemné rozhovory se lépe snášejí.

V.: A teď jednu otázku, která pro vás už asi musí být nudná.

P. N.: Jen do toho!

V.: Mohl byste shrnout nejdůležitější výsledky své práce?

P. N.: Nejprve mne zaujalo, že se některé buňky v určitých fázích vývoje dělí rychleji, než rostou. Došlo mi, že je to koordinovaný proces, a proto musí existovat nějaké geny, které rychlost dělení řídí. Tento poznatek mne přivedl k identifikaci genů buněčného cyklu (genů CDC), a zejména nejdůležitějšího genu celého systému, který je znám jako cdc2. Později se ukázalo, že cdc2 kontroluje hned dva hlavní procesy buněčného cyklu – fázi S, která nastává, když se chromozomy kopírují čili replikují, a fázi M neboli mitózu, během níž se replikované chromozomy oddělují. Prvním objevem byla vlastní identifikace genů. Druhým objevem bylo zjištění, že gen cdc2 kóduje enzym proteinkinázu, který fosforyluje jiné proteiny a také pozměňuje jejich aktivitu. Dnes se tomuto enzymu říká cyklin­dependentní proteinkináza a jeho specifické vlastnosti byly objeveny nezávisle i jinou cestou. Za třetí objev považuji zjištění, že cdc2 řídí buněčný cyklus také v lidských buňkách. Podařilo se nám to prokázat poněkud neobvyklou cestou. Použili jsme buňky kvasinek, které měly nefunkční geny cdc2, a proto se nemohly dělit. Do nich jsme přenesli lidský gen cdc2. Položili jsme si otázku: „Může lidský gen nahradit obdobné geny v kvasinkových buňkách?“ Ukázalo se, že se kvasinky s lidským cdc2 mohou dělit i růst. To znamená, že stejný gen pracuje v buňkách lidských i kvasinkových. Prokázali jsme, že jde o obecný mechanizmus.

V: Mohl byste nám prozradit něco o vašich budoucích projektech?

P. N.: Přemýšlím o rakovině. Stále se zajímám o buněčný cyklus, především se zřetelem na nádorové bujení. V buněčném cyklu mě zajímají dva problémy. Zaprvé detaily regulace fáze S – známe sice důležitou úlohu cdc2, ale neznáme princip jeho funkce. Zadruhé jak mohou buňky vědět, že jsou jejich geny poničeny, a reagovat tím, že zastaví replikaci a buněčný cyklus. Je to velmi důležitý proces, který souvisí mimo jiné právě se vznikem nádorových buněk. Jsou-li v lidské buňce některé geny poškozeny, dostanete lidově řečeno rakovinu. Tělo má však obranné mechanizmy, které objeví poškození, zastaví dělení buněk a tyto buňky odumřou. Zajímám se o tento proces, a také proto mě zajímá buněčný cyklus.

Krom toho mě zajímají otázky tvaru buňky. Souvisejí s buněčným cyklem, který je vlastně neustálou reorganizací buňky. Dosud příliš nerozumíme tomu, jak buňka určuje tvar.

V: Otázka tvaru souvisí i s cytoskeletem a vším, co je na něj napojeno (Vesmír 79, 438, 2000/8). Již pár let někteří vědci nahlížejí buňky jako tenzegrity (viz Vesmír 80, 615, 2001/11), nalezli dokonce obdobu v architektuře a v některých sochařských dílech. Jaký na to máte názor?

P. N.: Máte pravdu. Problém buněčného tvaru je problém cytoskeletu. Cytoskelet má zajímavé vlastnosti a vykonává velmi zajímavé funkce. Lidé přemýšlejí o jeho mechanických vlastnostech a o tom, jaký má vliv na buňku. Buněčný cytoskelet umí „prozkoumávat“ prostor či „osahávat“ tvar buňky, určuje, kdy buňka roste a kdy se její růst zastaví, a také tento růst dokáže regulovat. Zajímavá je i schopnost různých částí buňky komunikovat mezi sebou navzájem.

Myslím, že se některé z těchto vlastností odrážejí ve tvaru buňky. Nevím, zda mi rozumíte. Cytoskelet je struktura, která umí zaznamenat tvar. Je to velmi zajímavý problém – spíš pro fyziku. Musíme s fyziky víc mluvit, mohlo by to přinést další významný pokrok.

V: Letos byla Nobelova cena za lékařství a fyziologii udělena třem lidem – vám, Lelandu Hartwellovi a Timu Huntovi. Zvláštní je, že všichni pracujete v ústavech pro výzkum nádorů, a všichni s kvasinkami. To mě inspiruje k další otázce. Jaká je souvislost mezi buněčným cyklem kvasinek a výzkumem nádorů?

P. N.: Rakovina je velmi složitá nemoc. Je obtížné ji pochopit. Jednak proto, že ve skutečnosti existuje několik stovek různých typů rakovinného bujení, a také proto, že je způsobena geny, které kontrolují růst a dělení buňky. Infekční onemocnění, která jsou způsobena jedním druhem bakterie nebo viru, jsou mnohem jednodušší. Kvasinky poskytují nejjednodušší příklad buněčného růstu a dělení eukaryontních buněk. Můžeme na ně aplikovat fantastické genetické nástroje. Myslím, že to byl důvod, proč jsme – Lee Hartwell a já – pracovali na kvasinkách (Tim Hunt zkoumal žáby, jednoduché mořské bezobratlé apod.)

Na jednoduchých modelových systémech jsme pracovali proto, abychom pochopili některé složité věci. Docílit pokroku při práci s lidskými buňkami bylo příliš obtížné. Užívali jsme tedy jako model kvasinky, a teprve potom jsme mohli položit specifický dotaz lidským buňkám. V budoucnu to bude nejspíš jiné. Už dnes se pracuje s buňkami jednoduchých zvířat, jako jsou mouchy nebo hlístice, a začíná se pracovat i na buňkách myších a lidských.

V: Přemýšlel jste o spojení s výzkumem nádorových buněk už tehdy, když jste se začal zabývat buněčným cyklem, nebo jste se tenkrát zajímal pouze o buněčné dělení?

P. N.: Pokládal jsem proces buněčného dělení za zásadní biologický fenomén. Byla to má inspirace. Také jsem uvažoval o tom, že nádorový růst je chybou v buněčném dělení a že by to mohlo mít nějaký vztah, ale nebyl jsem si tím jist. Říkal jsem si, že kontrola dělení u kvasinkových a lidských buněk nemusí být totožná. Něco úplně vzadu v mém mozku mi však říkalo, že tomu tak bude, ale určitě jsem si nemyslel, že by to šlo snadno dokázat.

V: Jaký druh pokroku očekáváte při léčbě nádorových onemocnění v budoucnu?

P. N.: Myslím, že žijeme ve velice zajímavé době. Můžeme užívat nástroje mikrobiologie, genetiky, biochemie, buněčné biologie. Rozumíme teď nádorům mnohem lépe, i když ne dokonale. Nechci být domýšlivý, ještě stále je toho hodně, co je třeba objevit. Určitě toho ale chápeme mnohem víc než před dvaceti lety. Můžeme nyní přemýšlet o nových, a hlavně promyšlenějších a cílenějších cestách v léčbě nemoci – dostat se nádoru „pod kůži“. Tradiční metody jsou velmi nespecifické a hrubé, ozařováním se buňky jenom spálí.

Dnes u mnoha typů nádorů poznáme, které geny se porouchaly. To znamená, že už můžeme říct: Máme rakovinnou buňku a normální buňku, známe sadu poškozených genů, které vyrábějí odlišné proteiny. S těmito informacemi lze navrhnout léky a léčbu a využít rozdíly mezi rakovinnými a normálními buňkami. Říkám to ve velmi obecných pojmech, ale s touto znalostí můžeme objevit velmi specifickou léčbu, která nebude mít vedlejší účinky a mnohem lépe zasáhne cíl. Jsem optimistický. Víte, stavba postupuje s každou cihlou ve zdi. V příštích deseti dvaceti letech uvidíme opravdový pokrok.

V: Vědci dnes diskutují o fenoménech, jako jsou například priony nebo některé vrozené změny, jež možná přímo nesouvisejí s mutacemi v DNA nebo RNA. Nemyslíte si, že bychom měli přemýšlet o nějakém přeformulování genetických zákonitostí?

P. N.: Fenomény, které bylo těžké pochopit v termínech tradiční mendelovské genetiky, byly v genetice vždycky. Často se jim říká epigenetické. Když jsem pracoval v Edinburku, přezdívalo se jednomu z kolegů „profesor epigenetik“. Byl to Conrad Waddington. On, ale i další kolegové o těchto fenoménech často přemýšleli. Na prionech odvedl krásný kus práce Stanley Prusiner (Nobelova cena v roce 1997,viz Vesmír 77, 15, 1998/1). Pamatuji si, že v osmdesátých letech prionům skoro nikdo nevěřil, ale on ano. Důležité bylo, že svou prací také poukázal na struktury a děje v buňce, které nejsou geny, a přitom jsou dědičné. Struktury nezávislé na genech (a mezi ně patří i cytoskelet) jsou velmi rozšířené. Měli bychom je vzít v úvahu, ale nemyslím, že povedou k nějakým zásadním změnám. Rozhodně je to zajímavý problém, protože představuje únik ze zajetých kolejí. A to je možná nejdůležitější důvod, proč bychom se jím měli zabývat.

V: Jste také oblíbeným profesorem a učitelem. Myslíte si, že výuka a výzkum nebo vědecká práce mají něco společného, že se navzájem inspirují?

P. N.: Dost silně. Ode mne je to trochu pokrytecké tvrzení. Ve skutečnosti už neučím, protože pracuji v laboratoři a nemám tolik času. Kdybych mohl, dal bych učení přednost, protože je to úžasná věc. Díky učení lépe bádáte a díky výzkumu zase lépe vyučujete. Ve vztahu mezi vyučováním a výzkumem jsem silný tradicionalista. V mnoha laboratořích našeho ústavu je samozřejmě také hodně studentů. Rád pracuji s mladými lidmi, ale i se staršími, ti zas mají více zkušeností. Silně věřím ve vztah výuky a výzkumu.

V: Co očekáváte od návštěvy Prahy? Co byste tu chtěl vidět?

P. N.: Musím říct, že jsem pln očekávání. Poprvé jsem tu s rodinou – manželkou a jednou z dcer, která je fyzičkou. Při dřívějších návštěvách jsem nikdy neměl dost času prohlédnout si město. Dnes ráno už jsem však byl na procházce v centru, viděl jsem Židovské Město. Půjdeme na Hrad. Zajímají nás umělecká muzea a rádi bychom se podívali také do muzea technického.

V.: Děkujeme za rozhovor a přejeme vám, aby se vám v Praze líbilo. ¹⁾