Twee Britten en een Amerikaan delen dit jaar de Nobelprijs voor Geneeskunde. Met hun onderzoek ontrafelden ze het mechanisme dat de deling van een cel regelt.

Het Nobelcomité aan het Zweedse Karolinkska Institutet heeft de Nobelprijs voor Geneeskunde 2001 toegekend aan Leland Hartwell, Tim Hunt en Paul Nurse. Zij ontdekten met genetische en moleculair-biologische methoden de mechanismen waarmee een cel de celcyclus regelt. Volgens het Nobelcomité zullen veel biomedische onderzoeksgebieden profiteren van de bijdragen van Hartwell, Nurse en Hunt. Met name voor het kankeronderzoek is de verkregen kennis van de celcyclus belangrijk.

Een menselijk lichaam herbergt miljoenen maal miljarden cellen. Die zijn allemaal door talloze delingen ontstaan uit die ene bevruchte eicel. Elke cel doorloopt diverse fasen, samen de celcyclus genoemd. Allereerst is er een groeifase. Bij een bepaalde celomvang kopieert de cel de chromosomen. Vervolgens bereidt de cel zich voor op de deling. Tijdens de mitose trekt de cel de chromosomen uiteen en ontstaan twee dochtercellen. Die hebben elk dezelfde chromosomen als de oorspronkelijke cel. Uit het onderzoek van de drie kersverse Nobelprijslaureaten blijkt hoe de cel het doorlopen van deze celcyclus regelt.

Frans de Waal (1948-2024): ‘Zo speciaal zijn wij mensen niet’
LEES OOK

Frans de Waal (1948-2024): ‘Zo speciaal zijn wij mensen niet’

Primatoloog Frans de Waal is op 14 maart 2024 overleden. In juni 2019 interviewde New Scientist De Waal. De les die hij meegaf: ‘zo speciaal zijn wi ...

Eind jaren zestig bedacht Leland Hartwell, werkzaam aan de University of Washington, dat genetische methoden geschikt zijn om de celcyclus te bestuderen. Hij koos als modelorganisme bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae). Bij experimenten in de jaren 1970-1971 koos hij gistcellen waarin de genen die de celcyclus regelden waren gemuteerd. Zo ontdekte hij meer dan honderd daarbij betrokken genen. Hij noemde dat de cdc-genen (cell division cycle). Een van die genen, die hij CDC28 noemde, regelt de eerste stap bij het doorlopen van de groeifase. Hij noemde dat het start-gen. Hartwell onderzocht ook de gevoeligheid van gistcellen voor straling. Op basis daarvan introduceerde hij het concept checkpoint. Dat houdt in dat de celcyclus stilstaat als er beschadigd DNA in voorkomt. Daarmee heeft de cel tijd voor reparatiewerkzaamheden, voordat hij met de volgende fase van de celcyclus begint.

Paul Nurse, werkzaam aan het Imperial Cancer Research Fund in Londen, volgde Hartwells voorbeeld om met genetische methoden de celcyclus te bestuderen. Hij gebruikte een ander type gist. Hij vond daarin een gen dat de overgang van de cel naar de mitose regelde. Later bleek dat dit gen gelijk is aan het gen dat volgens Hartwell juist aan het begin van de celcyclus actief is. Blijkbaar regelde dit gen dus meer fasen in de celcyclus. Nurse ontdekte in 1987 dat het gen ook voorkomt bij mensen. Dit gen produceert een zogenaamd cycline-afhankelijk kinase. Dat zijn eiwitten die actief worden als andere eiwitten er fosfaatgroepen aan hechten (fosforyleren). Diverse cycline-afhankelijke kinasen zijn inmiddels bij de mens ontdekt. De hoeveelheid van deze kinasen in de cel is vrijwel constant. Hun activiteit varieert echter tijdens de celcyclus.

Tim Hunt werkt eveneens bij het Imperial Cancer Research Fund. Begin jaren tachtig ontdekte hij het eerste cycline-molecuul. Cyclinen zijn eiwitten die tijdens elke celcyclus worden gemaakt en weer worden afgebroken. Onderzoekers kozen de naam cycline omdat de hoeveelheid van deze eiwitten cyclisch schommelt. Cyclinen kunnen zich hechten aan de eiwitten die Nurse had ontdekt. Zo regelen ze de activiteit van die enzymen. Hunt ontdekte het eiwit bij zee-egels, omdat het eiwit periodiek tijdens de celcyclus werd afgebroken. Deze periodieke afbraak vormt een belangrijk controlemechanisme van de celcyclus. Later ontdekte Hunt nog meer cyclinen in andere organismen. Hij liet zien dat de cyclinen tijdens de evolutie nauwelijks zijn veranderd. Inmiddels zijn tien typen cyclinen bij mensen gevonden.

De ontdekkingen zijn belangrijk voor het begrip van fouten bij de chromosoomvermeerdering in kankercellen. Bovendien kunnen de genen die coderen voor cycline-afhankelijke kinasen en cyclinen veranderen in kankergenen. Ook werken zowel de cycline-afhankelijke kinasen als de cyclinen tijdens de celcyclus samen met de producten van tumorsuppressorgenen, waaronder p53. Het Nobelcomité vermeldt dat in sommige tumoren bij de mens verhoogde concentraties cyclinen of cycline-afhankelijke tumoren voorkomen. Inmiddels bestudeert de farmacie moleculen die de cycline-afhankelijke kinasen remmen. Wellicht levert dat nieuwe opties voor kankertherapieën.