Вирус, который пишет в обратную сторону: Темин, Балтимор и обратная транскриптаза, 1970
В этой статье
Вирус, который пишет в обратную сторону: Темин, Балтимор и обратная транскриптаза, 1970
Вчера мы шли от семьи к гену (день 148): информация двигалась от родословной к ДНК. Сегодня она идёт в обратную сторону. Может ли вирус, живущий внутри клетки, написать ДНК по своей РНК? Десятилетиями это была идея, которую носили из одного зала заседаний в другой и которую часто встречали улыбкой. Летом 1970 года две лаборатории с разницей в несколько недель принесли ответ, поместившийся на одних и тех же страницах.
От куриной саркомы к гипотезе
Первое звено этой истории мы видели в день 97: саркому, которую Пейтон Раус обнаружил у кур в 1911 году и которая передавалась даже через фильтрат. Этот вирус, вирус саркомы Рауса (RSV), полвека спустя стал темой докторской работы Говарда Темина. По мемориальной статье Национальной академии наук США, в 1957 году Темин был аспирантом Ренато Дульбекко в Калтехе, и работа, которую он в 1958-59 годах вёл с Гарри Рубином, постдоком в лаборатории Дульбекко, привела его к предположению: RSV должен встроить свой геном в клетку-хозяина, прежде чем производить вирус. Эта «гипотеза провируса» направляла исследования Темина около одиннадцати лет.
Идею принимали неохотно. По мемориальной статье, вирусологов поначалу не убеждали генетические и биохимические доказательства Темина. В собственном комментарии Темина «Citation Classic» предложение о том, что РНК-опухолевые вирусы размножаются через промежуточную ДНК (1963-64), описано как противоречащее центральной догме и как получившее всеобщее признание лишь после работ 1970 года. По рассказу Фонда Ласкера, на конференциях над ним откровенно смеялись. Это последнее взято из единственного источника; я передаю лишь его настроение.
Доклад в Хьюстоне, две статьи в Nature
Рассказ Фонда Ласкера помещает сцену на Десятый международный конгресс по раку в Хьюстоне: его бывший коллега Гарри Рубин выступил против гипотезы провируса; затем Темин сообщил, что частицы RSV несут фермент, делающий ДНК из РНК. Отчёт о конференции в номере Nature от 27 июня 1970 года тоже пишет, что Темин в Хьюстоне предположил: РНК может служить матрицей для синтеза ДНК.
Постдок Темина Сатоси Мидзутани был его партнёром в этой работе. По рассказу Фонда Ласкера, когда к обработанным детергентом вирусным частицам добавляли готовые строительные блоки, образовывалась ДНК, а разрушающий РНК фермент этому мешал; значит, матрицей была РНК. В MIT Дэвид Балтимор, по формулировке рассказа Ласкера через пару недель, нашёл ту же активность в другом РНК-вирусе. Некоторые источники называют этот вирус вирусом лейкоза мышей; текст статьи Балтимора я прочитать не смог, а её резюме говорит лишь «РНК-опухолевые вирусы».
Две статьи вышли в одном номере. Статья Балтимора под названием «Viral RNA-dependent DNA polymerase» опубликована в томе 226 Nature от 27 июня 1970 года (с. 1209-1211); по странице журнала она поступила 2 июня 1970 года. Статья Темина и Мидзутани «RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus» шла сразу за ней (с. 1211-1213); по мемориальной статье она была подана в журнал 15 июня 1970 года. Даже резюме Балтимора говорит, что «две независимые группы» нашли свидетельства этого фермента.
Обратная транскриптаза, ретровирус, провирус
Обратная транскриптаза это фермент, синтезирующий ДНК на матрице РНК. РНК-вирусы, несущие такой фермент, составили семейство, позже названное ретровирусами (Retroviridae). Ретровирус, попав в клетку, с помощью фермента делает ДНК-копию своего РНК-генома; когда эта копия встраивается в геном хозяина, она становится «провирусом». Именно это Темин предложил в 1959-64 годах; 1970 год принёс то, что предложение стало доказуемым с помощью работающего фермента.
Есть и вопрос о догме. «Центральную догму» часто читают жёстко: информация течёт только от ДНК к РНК и к белку. Формулировка Крика 1958 года говорила лишь, что информация, перейдя в белок, не может выйти обратно; о переносе от РНК к ДНК он решил «деликатно промолчать». В статье в Nature от 8 августа 1970 года (том 227, с. 561-563) Крик отнёс этот перенос к «особым переносам»: тем, что не происходят в большинстве клеток, но могут происходить при особых обстоятельствах. Обратная транскриптаза не опрокинула догму; она исправила популярное, ужесточённое её прочтение. Это тихий пример мотива «наука исправляет себя»: исправлен был не эксперимент, а толкование.
Фермент, семейство, премия
По собственному рассказу Темина, статьи привели к термину «ретровирус», к теоретической рамке для вирусных исследований и к стандартному реагенту молекулярной биологии. В 1974 году Темин получил премию Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования. Нобелевская премия по физиологии и медицине 1975 года «за открытия, касающиеся взаимодействия между опухолевыми вирусами и генетическим материалом клетки» была поровну разделена между Дэвидом Балтимором, Ренато Дульбекко и Говардом Мартином Теминым. Дульбекко был наставником Темина в Калтехе; Балтимор в 1965-68 годах работал в связи с ним в Институте Солка.
Позже обратная транскриптаза вошла в повседневность двумя путями. В начале 1980-х были открыты HTLV-I и HTLV-II и связаны с лейкозом; в 1983 году выделен ВИЧ. По краткому изложению Britannica, ингибиторы обратной транскриптазы стали первыми средствами лечения ВИЧ: нуклеозидные ингибиторы, такие как AZT, обрывают растущую цепь ДНК, ненуклеозидные, такие как эфавиренз, связываются с ферментом и меняют его форму. В лаборатории фермент используют, чтобы делать комплементарную ДНК (кДНК) из РНК; эту кДНК можно размножить с помощью ПЦР, а ОТ-ПЦР применяют для количественного измерения матричной РНК.
Цена и пределы
Первый предел это то, чего находка 1970 года не показала. Две статьи касались куриного вируса и (в зависимости от источника) вируса мышей; они не доказывали роли ретровируса в раке человека. Как и в день 97, нужен баланс: большинство раков человека вызваны не ретровирусами. Ретровирусы человека были признаны лишь в 1980-х; одни связали с раком (HTLV), один с иммунодефицитом (ВИЧ).
Второй предел касается справедливости. Мидзутани был вторым автором статьи, в которой вместе с Теминым сообщили об обратной транскриптазе, и не вошёл в число отмеченных. Поскольку Нобелевская премия может быть разделена не более чем между тремя людьми, выбор пал на три имени; объяснения, почему Мидзутани остался вне премии, я не читал. Это ещё один вариант мотива серии «нобелевская несправедливость» (Ямагива, Фибигер): здесь дело не в том, что премию не вручили, а в том, чьё имя помнят.
Третий предел это ирония собственной жизни Темина. По Библиотеке Линды Холл, Темин всю жизнь не курил и выступал против курения; в нобелевской речи он назвал курение «самой большой единичной причиной предотвратимого рака». По мемориальной статье Национальной академии наук, он выступил против курения на нобелевской церемонии. 9 февраля 1994 года в возрасте 59 лет он ушёл из жизни; Библиотека Линды Холл называет причиной рак лёгкого, мемориальная статья говорит лишь «рак». Это горькое эхо истории о курении, которую мы прослеживали в день 125 (Долл, Хилл) и в день 139 (доклад главного санитарного врача США 1964 года); не более чем источники, положенные рядом.
Что осталось
- Что информация может течь от РНК к ДНК
- Семейство ретровирусов и понятие провируса
- Фермент как базовый лабораторный инструмент для кДНК и ОТ-ПЦР
- Фермент как мишень в лечении ВИЧ
Что отпало или ослабло
- Жёсткое прочтение центральной догмы как «пути от РНК к ДНК нет»
- Всеобщее сомнение в гипотезе провируса
- Сокращение «информация течёт только в одну сторону»
От идеи провируса к лету 1970 года и дальше: 1959-1994. Ось идёт от 1955 до 1995 года. Зелёные отметки это даты, в которых сходятся несколько источников; янтарные показывают даты, по которым источники расходятся (дата гипотезы провируса: 1959 или 1963-64); синие показывают даты, опирающиеся на один источник. Даты, известные только по году, нарисованы в середине года. Четыре отметки лета 1970 года лежат очень близко, с разницей в несколько недель; поэтому строки оставлены раздельными.
Обратная транскрипция при наблюдении лейкоза
Один из сегодняшних шагов обратной транскрипции можно показать и из Турции. Серджан и коллеги с кафедры медицинской биологии и генетики медицинского факультета Университета Докуз Эйлюль описали в исследовании, опубликованном в декабре 2012 года (Turkish Journal of Hematology; DOI 10.5152/tjh.2011.76), недорогой внутрилабораторный метод наблюдения за транскриптами BCR-ABL при хроническом миелолейкозе. По резюме, в Турции мало центров могли дать надёжный результат RQ-PCR по BCR-ABL; метод смог обнаружить одну BCR-ABL-положительную клетку среди 10 в пятой степени клеток. По тексту, кДНК синтезировали из суммарной РНК со случайными праймерами, а количественную ПЦР вели на этой кДНК; то есть этот шаг это обратная транскрипция. Название фермента в статье прямо не упомянуто. BCR-ABL это продукт слияния, которое мы видели в день 137 у филадельфийской хромосомы; это исследование попытка удешевить наблюдение за этим слиянием в Турции внутрилабораторным методом. Это единичное исследование; оно не представляет общую практику в Турции.
С 1911 года до сегодняшнего дня
Что проверено и что остаётся неопределённым
- Дата гипотезы провируса: Мемориальная статья Национальной академии наук пишет, что работа с Рубином в 1958-59 годах привела Темина к предположению, что RSV встраивает геном в хозяина; другая биографическая сводка говорит 1959 (страница, прочитанная по адресу биографии Темина на сайте Нобелевской премии). Собственный комментарий Темина «Citation Classic» называет 1963-64, статья Библиотеки Линды Холл 1964. Это расхождение; вероятно, различие между «первой идеей» и предложением «ДНК-провируса», но источники прямо этого не говорят. На рисунке отмечено янтарным.
- Даты Nature: Дата публикации 27 июня 1970, том 226: совпадают страница статьи Балтимора, мемориальная статья, рассказ Ласкера и отчёт о конференции в том же номере. Даты «поступления» из единичных источников: для Балтимора 2 июня (страница журнала), для Темина и Мидзутани 15 июня (мемориальная статья). До собственной страницы журнала для статьи Темина и Мидзутани я добраться не смог.
- Кто был первым? Britannica пишет, что два сообщения были независимыми, не указывая порядка. По рассказу Ласкера, результат Балтимора пришёл «через пару недель» после сообщения Темина в Хьюстоне; даты поступления в журнал в пользу Балтимора (2 июня, 15 июня). Это зависит от того, мерило доклад на конгрессе или подача в журнал. Точную дату Хьюстона я не проверял.
- Вирус Балтимора: Историческая библиография и мемориальная статья говорят о вирусах мышей; резюме Nature говорит лишь «РНК-опухолевые вирусы»; текст статьи я не читал.
- Мидзутани: Что он был постдоком, и детали опыта (детергент, РНКаза) из рассказа Ласкера. Объяснения, почему он остался вне Нобелевской премии, я не читал; правило «не более трёх человек» общеизвестно.
- Спигельман: Отчёт о конференции в том же номере Nature пишет, что Спигельман сообщил: продукт полимеразных реакций в препаратах опухолевых вирусов это ДНК. Подробности его вклада я не смотрел; в эту статью он не входит.
- Крик: Формулировка 1958 года и статья 1970 года (8 августа 1970, Nature 227:561-563) прочитаны по самой статье; слова «обратная транскриптаза» в ней не встречаются.
- Нобелевская премия: Мотивировка и три лауреата с сайта Нобелевской премии; «наставник» и «работал в связи» из Библиотеки Линды Холл (для Темина) и нобелевской биографии Балтимора (Солк, 1965-68).
- Уход Темина из жизни: 9 февраля 1994, 59 лет (мемориальная статья, Линда Холл). Причина рак лёгкого из Линды Холл; мемориальная статья говорит лишь «рак». Что он никогда не курил, из единственного источника.
- Речь о курении: Линда Холл говорит «нобелевская речь», мемориальная статья «церемония/банкет»; в тексте я остановился на «нобелевская церемония».
- Турецкое исследование: Список авторов, учреждение и DOI из источника; название журнала и дата декабрь 2012 из записи DOAJ. Том и страницы я не проверял. Статья не упоминает слов «обратная транскриптаза».
- Вчерашний блок: Обещанные в блоке «Завтра» дня 148 данные Nature и дата, гипотеза провируса Темина и Нобелевская премия 1975 года рассмотрены; Раус (день 97) вернулся.
Закон и название: «War on Cancer», 1971
Сегодня направление фермента изменилось. Завтра меняется язык нации: Национальный закон о раке, подписанный президентом Никсоном в 1971 году, до сих пор помнят как «War on Cancer». Я проверю объём закона, дату подписания и роль Мэри Ласкер и рассмотрю это историческое название, в кавычках, в критическом контексте.
Заметка автора: В этой статье я старался прежде всего разделить две вещи: кто первым опубликовал и кто первым объявил. Источники не кладут их на одни весы, и я тоже не клал. В истории Темина мне нравится не столько то, как гипотеза стала доказательством благодаря ферменту, сколько то, как эту гипотезу можно было нести даже под смех; но поскольку подробности этого смеха взяты из единственного источника, я передал лишь его настроение.
Источники и дополнительное чтение
- Temin HM, Mizutani S. RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus. Nature 1970;226(5252):1211-1213 (данные проверены; текст не читался).
- Baltimore D. Viral RNA-dependent DNA polymerase: RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. Nature 1970;226(5252):1209-1211. doi:10.1038/2261209a0 (прочитано только резюме).
- Temin HM. Citation Classic commentary on "RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus." Current Contents 1977;(47), 21 ноября. garfield.library.upenn.edu (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- National Academy of Sciences. Biographical Memoirs, том 79 (2001): Howard M. Temin. nationalacademies.org (прочитано с помощью инструмента-резюме; имя автора не проверено).
- Lasker Foundation. The backward enzyme. laskerfoundation.org (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature 1970;227(5258):561-563 (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Our Virology Correspondent. Animal viruses: cells modified. Nature 1970;226:1201 (прочитано с помощью инструмента-резюме; отчёт о конференции).
- Nobel Prize. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1975: summary; Howard M. Temin and David Baltimore, biographical. nobelprize.org (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Britannica. Reverse transcriptase: discovery and impacts. britannica.com (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Linda Hall Library. Scientist of the Day: Howard Temin. lindahall.org (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Sercan HÖ, Öztürk I, Çalışkan C, Pehlivan M, Sercan Z. An in-house method for molecular monitoring of BCR-ABL. Turk J Hematol 2012. doi:10.5152/tjh.2011.76 (прочитано с помощью инструмента-резюме; том и страницы не проверены).
- Mukherjee S. The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer. New York: Scribner; 2010 (общий контекст; соответствующая часть для этой статьи заново не перечитывалась).
Эта статья является днём 149 серии «365 дней истории рака» и представляет открытие обратной транскриптазы как историческое прочтение. Это историко-популярное содержание, а не диагноз и не рекомендация по лечению. По вопросам лечения обратитесь к своему врачу. Источники проверены; детали, опирающиеся только на один вторичный источник, только на резюме или на непрочитанный текст, отмечены в заметках по проверке фактов.
Эта статья была полезна?
Ваш отзыв помогает нам улучшать материалы.
