Srušila dogmu s tanične biologije

Molekularna biologinja dr. sc. Iva Tolić Norrelyke, voditeljica laboratorija za molekularnu staničnu biologiju i genetiku na Institutu ‘Max Planck’ u Dresdenu, došla je do revolucionarnog otkrića koje bi moglo utjecati na razvoj novih lijekova protiv karcinoma. Sa svojim znanstvenim timom demistificirala je dugogodišnju dogmu stanične biologije vezanu uz mikrotubule razotkrivši mehanizam hvatanja kromosoma za vrijeme diobe stanica. Znanstvenica Tolić Norrelyke rukovodila je timom od deset znanstvenika iz cijelog svijeta, među kojima je bio i zagrebački znanstvenik Nenad Pavin s Fizičkoga odjela Prirodoslovno-matematičkoga fakulteta u Zagrebu, istraživanje je trajalo četiri godine, a rezultati su objavljeni u časopisu Nature Cell Biology.

Razotkrivanjem tajne diobe stanica bave se brojni svjetski znanstvenici, pa je uspjeha tima Tolić Norrelyke time veći, a koliko je važan pokazuje i to što je Društvo ‘Max Planck’, koje objedinjuje osamdeset instituta, o tome objavilo priopćenje za javnost. Rezultati našeg otkrića protive se dosadašnjim paradigmi koja kaže da mikrotubuli rastu izravno prema svomu cilju. Nasuprot tomu naš rad pokazuje da je kutno gibanje mikrotubula ključno za njihovo pronalaženje kinetokora. Dokazali smo još da za kutno gibanje mikrotubula nisu odgovorni motorni proteini nego molekularno toplinsko gibanje. Za proces traženja kinetokora izradili smo i teorijski model. Predviđanja našega modela podudaraju se s promatranim kretanjem mikrotubula: brže su hvatali kinetokore što je viša bila temperatura okoline jer je kutno gibanje mikrotubula brže na višim temperaturama. Slaganje teorije i eksperimenata potvrđuje našu hipotezu da mikrotubuli treperenjem pronalaze kromosome – kaže Tolić Norrelyke.

Prema njezinim riječima razumijevanje stanične diobe važno je i zbog toga što se djelovanje mnogih lijekova protiv raka temelji na kočenju toga procesa. Mnogi lijekovi protiv raka ometaju staničnu diobu tako što djeluju na mikrotubule. Znanje o tome kako mikrotubuli uspostavljaju kontakt s kromosomima moglo bi se iskorištiti za poboljšavanje postojećih ili čak za razvijanje novih terapija. Procesi koje proučava Tolić Norrelyke važni su za ispravno funkcioniranje stanice i zdravlje pa očekuje da će se u razvoju budućih terapija i lijekova upotrebljavati saznanja iz istraživanja.

Moglo bi se reći da je uspjeh Zagrepčanke Ive Tolić Norrelyke započeo već njenim obrazovanjem. Diplomirala je molekularnu biologiju na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu, a tijekom poslijediplomskog studija iz biomatematike bila je znanstvena novakinja u grupi akademika Nenada Trinajstića na Institutu ‘Ruđer Bošković’. Dio doktorskog rada na temu stanične mehanike radila je na Sveučilištu Harvard u Bostonu, a doktorirala je u Zagrebu 2002. godine. Usavršavala se na Institutu ‘Niels Bohr’ u Kopenhagenu i na Sveučilištu u Firenci. Od 2005. godine vođiteljica je istraživačke grupe na Institutu ‘Max Planck’ u Dresdenu. U posljednje četiri godine održala je oko 50 predavanja na međunarodnim konferencijama i institutima te objavila oko 45 znanstvenih radova u časopisima s međunarodnom recenzijom. Predaje na doktorskom studiju u Dresdenu i Splitu te na nekoliko magistrskih studija u Njemačkoj. Dosad je četiri puta mijenjala radno mjesto; dvaput iz osobnih razloga, a druga dva puta iz poslovnih. Tolić Norrelyke iznimno je sretna zbog uspješnog istraživanja diobe stanica budući da se sličnim problemima već tri desetak godina bave mnogi znanstvenici diljem svijeta.

<p-Meni je to otkriće vrlo drago jer će biti poticaj za nekoliko novih projekata u mome laboratoriju koje ću raditi u suradnji s Nenadom Pavinom. Proučavat ćemo formiranje diobenog vretena u kvascu, a upravo počinjemo raditi i na ljudskim staničama. Spoznaja da je kutno gibanje mikrotubula ključno za pronalaženje kromosoma protuslovi jednoj dugogodišnjoj dogmi u staničnoj biologiji. Znanstvenici su dosad polazili od toga da mikrotubuli izravno rastu prema kromosomima. Sad će trebati preispitati sve teorije koje se osnivaju na staroj dogmi, primjerice teorije o stvaranju diobenog vretena. Taj se složeni mikrostroj sastoji od mikrotubula, kromosoma i različitih dodatnih proteina. Da bi stvorili diobeno vreteno, mikrotubuli koji rastu iz dva centrosoma moraju pronaći jedni druge. Na osnovi našeg otkrića pretpostavljamo da je treperenje mikrotubula ključno za njihovo međusobno pronalaženje i stvaranje diobenog vretena – objašnjava Tolić Norrelyke.

Znanstveni tim Tolić Norrelyke proučavao je kako mikrotubuli pronalaze kinetokore kromosoma. Promatrajući mikroskopom proces u kojemu mikrotubuli uspostavljaju kontakt sa središtema kromosoma uočili su da slobodni krajevi mikrotubula trepere nasumično oko kromosoma sve dok ne nadu kinetokore, s kojima se onda povezuju. Istraživanje je provedeno na afričkom kvascu, Schizosaccharomyces pombe, jer su njegove stanice zbog samo tri kromosoma i tri-četiri mikrotubula pogodnije za istraživanje stanične diobe u odnosu na ljudske stanice, koje imaju 46 kromosoma i stotine mikrotubula. Mali broj mikrotubula u kvascu omogućio je promatranje, rast i gibanje svakoga pojedinog mikrotubula i njegovo međudjelovanje s kromosomom. Osim toga metode molekularne genetike u kvascu vrlo su razvijene te u tim stanicama lako se može mikrotubule i kinetokore obilježiti fluorescentnim proteinima da bi ih se promatralo u živim stanicama za vrijeme diobe.

Da bismo istražili hvatanje kromosoma, u presudnoj fazi stanične diobe odlučili smo stanice afričkoga kvasca na dva stupnja. Mikrotubuli se pri toj temperaturi raspadaju te oslobađaju kromosome, koji počinju slobodno plutati po stanici. Potom smo grijali stanice na sobnu temperaturu, tako da su se ponovno stvarali mikrotubuli i polako opet uspostavljali kontakt sa središtima kromosoma. Taj smo proces dokumentirali tako što smo svake sekunde fotografirali položaj zeleno obilježenih mikrotubula i crveno obilježenih kinetokora. Na tim smo snimkama vidjeli da mikrotubuli ne rastu izravno prema kinetokorima, nego trepere u kutnom gibanju, tako da im je jedan kraj vezan za centrosom, a drugi se kraj slobodno kreće dok ne pronade kinetokor – objašnjava Tolić Norrelyke.

Za to otkriće nije bila presudna tehnologija, nego odabrati pravo znanstveno pitanje i tijekom izvođenja projekta biti otvoren za nove ideje te dopustiti stanici da dovede do odgovora, naglašava Tolić Norrelyke. No istraživanje ne bi bilo moguće bez interdisciplinarne suradnje, u kojoj je kombinirano znanje iz molekularne biologije, genetike, računarstva i teorijske fizike te suvremene mikroskopije koju su razvili eksperimentalni fizičari.

Eksperimentalni dio rada odvijao se u mom laboratoriju za molekularnu staničnu biologiju i genetiku na Institutu ‘Max Planck’ u Dresdenu. Koristili smo se tzv. spinning-disk mikroskopijom, optimalnom za snimanje trodimenzionalnih slika cijele žive stanice velikom brzinom, jedna slika u sekundi. Slike smo potom analizirali programom koji je u sklopu izrade diplomskog rada u mom laboratoriju razvio student računalnih znanosti. U istraživanju su sudjelovali: znanstvena novakinja Iana Kalinina, poslijedoktorski istraživači Petrina Delivani, Mariola Chacón, Anna Klemm i Damien Ramunno-Johnson, te diplomski student Alexander Krull. Teorijski dio rada vodio je Nenad Pavin, a u njemu su sudjelovali Amitabha Nandi i Benjamin Lindner s Istituta ‘Max Planck’ za fiziku složenih sustava u Dresdenu – kaže Tolić Norrelyke, voditeljica istraživačke grupe od deset članova, od kojih su sedam doktori biologije, dvoje znanstveni novaci iz biologije i jedan doktor tehničkih znanosti.

Institut ‘Max Planck’ osigurava svakoj grupi osnovni novac za istraživanja; plaću za četiri znanstvenika i potrošni materijal. Ostatak novca istraživači osiguravaju na natječajima, na kojima je velika konkurencija jer je prolaznost oko 10 posto. Na takvim je natječajima Tolić Norrelyke u posljednjih pet godina dobila četiri projekta od njemačke Zaklade za znanost i projekt međunarodne suradnje zaklade Human Frontier Science Program. Istraživači poslijedoktoranti koji sudjeluju u projektu također se natječu za vlastite stipendije i novac za istraživanja, primjerice stipendije Marie Curie Intra-European Fellowship i Humboldt Research Fellowship.

Pred Tolić Norrelyke su nova istraživanja i suradnja s brojnim znanstvenicima, među kojima će biti i hrvatski. Nastavlja suradnju s Nenadom Pavinom na projektima biofizike stanične diobe, mitoze i mejoze, u čemu im se pridružio i Matko Glunčić, odnedavno poslijedoktorant na usavršavanje u Dresdenu. Tolić Norrelyke surađuje i s Anitom Kriško na projektu o staničnom starenju, a nasa se suradnji s još nekim znanstvenicima u Hrvatskoj.