Текст книги "Нобелевские премии по физиологии или медицине за 100 лет"

РОЖЕ ГИЙМЕН, США

(ROGER GUILLEMIN)

1924

ЭНДРЮ В. ШАЛЛИ, США

(ANDREW V. SCHALLY)

1926

РОЗАЛИН ЯЛОУ, США

(ROSALYN YALOW)

1921

1909

1923

1947 (б)

1950

1957

1977

1982

1986

ФОРМУЛИРОВКА НОБЕЛЕВСКОГО КОМИТЕТА: «за открытия, касающиеся продукции пептидных гормонов мозгом» (Гиймен, Шали) и «за создание метода радиоиммунологического исследования пептидных гормонов» (Ялоу).

СУТЬ ОТКРЫТИЯ: за открытие рилизинг-факторов – веществ, с помощью которых гипоталамус управляет работой гипофиза (Гиймен, Шали) и за разработку метода определения пептидных и других гормонов в тканях и жидкостях тела, чувствительность которого на много порядков превышала чувствительность всех прежде существовавших методов (Ялоу).

ГИЙМЕН и ШАЛЛИ

ПРЕДЫСТОРИЯ

До XIX века отчетливых представлений о веществах, выделяемых клетками тела и участвующих в регуляции важных жизненных процессов не существовало. Все, чем располагала наука – идеи о «соках тела», появившиеся еще до Гиппократа (V–IV века до н. э.). В 1855 году Клод Бернар (Claude Bernard, 1813–1878) предположил, что железы выделяют в кровь внутренние секреты, оказывающие действие на весь организм. Однако спорадические находки ученых XIX века не привели к формированию учения о гуморальной (лат. humor — жидкость) регуляции.

Первые гормоны были открыты в начале XX века. В 1901 году японец Е. Такамине (J. Takamine) получил в кристаллическом виде действующее начало мозгового вещества надпочечников – адреналин. В 1902 году в Англии Уильям Мэддок Бейлисс (William Maddock Bayliss, 1860–1924) и Эрнест Генри Старлинг (Ernest Henry Starling, 1866–1927) выделили из слизистой оболочки кишки вещество, усиливающее выделение сока поджелудочной железой, и назвали его секретином. Термин гормон был предложен Уильямом Б. Харди (William В. Hardy), который образовал это слово от греческого «побуждать к активности». В своей лекции 1905 года Старлинг уже использовал этот термин. В 1915 году раздел “Гормоны” появился в руководстве “Principles of General Physiology” Бейлисса. В 1922 году Бантинг (Нобелевская премия 1923 года) и Чарльз Герберт Бест (Charles Herbert Best) открыли инсулин и применили его для лечения диабета. Таким образом, к 1940-м годам были заложены основы учения о гормонах и их роли в нормальной и патологической регуляции. Пока ничто не указывало на то, что помимо классических гормонов, таких как инсулин или тироксин, существуют и другие классы регуляторных веществ.

В 1914 году Дальгрен (Dahlgren) в каудальной части спинного мозга рыб обнаружил нейроны, обладавшие признаками секреторной клетки: секреторные включения, секреторный цикл и др. В 1928 году Э. Шаррер (Е. Scharrer) на основании изучения подобных нейронов в мозге пришел к пониманию того, что нейросекреция, то есть выделение в кровь гормоноподобных веществ нейронами, является не экзотическим случаем, а фундаментальным принципом взаимодействия нервной и эндокринной систем. Эту концепцию в 1930-е годы развивали Шаррер, его жена Берта, а также У. Баргманн (W. Bargmann). В 1946 году Густав Русси (Gustave Roussy, 1874–1948) и Мосенже (Mosinger) предложили называть новую область науки нейроэндокринологией. Однако эти идеи были для своего времени слишком новы и получили признание только после опубликования супругами Шаррер труда под названием “Neuroendocrinology” (1963).

Известно, что гипофиз секретирует множество тропных гормонов, которые переносятся кровью к другим железам внутренней секреции и управляют их деятельностью, то есть синтезом и высвобождением других гормонов, также переносимых после этого кровью и действующих непосредственно на ткани тела. Было известно, что центральная нервная система может модулировать эндокринные функции и что, возможно, роль посредника в этом процессе играет гипоталамус – один из отделов головного мозга. Но каким способом он передает информацию гипофизу – главной эндокринной железе, оставалось непонятным. В 1930 году были обнаружены кровеносные сосуды, соединяющие гипофиз с гипоталамусом. Оказалось, что при их перерезке функция гипофиза подавлялась. Это послужило основанием предположить, что эти сосуды могут явиться одним из путей переноса информации от мозга к гипофизу. Усай (Нобелевская премия 1947 года) установил действие гормонов передней доли гипофиза на обмен глюкозы.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

В 1955 году Шалли обнаружил, что экстракт гипоталамуса вызывает выброс клетками гипофиза кортикотропина (АСТН). К концу 1950-х годов Гиймен и Шалли, каждый в своей лаборатории, выделили из гипоталамуса овцы и свиньи некоторые смеси веществ, которые при введении в гипофиз вызывали выброс его гормонов. Один экстракт заставлял гипофиз высвобождать АСТН, другой – тиреотропин (англ, thyroid stimulating hormone — TSH), третий – лютеинизирующий и фолликулостимулирующий гормоны (LH и FSH соответственно, вместе называемые гонадотропными гормонами). Активные начала экстрактов Шалли назвал рилизинг-факторами (RF), или рилизинг-гормонами (RH), от англ, releasing — высвобождающий. Так, вещество, вызывающее высвобождение тиреотропина (TSH), получило обозначение TSH-RF, или коротко – TRF (TRH); субстанция, стимулирующая выброс кортикотропина, стала называться кортикотропин-рилизинг фактором (CRF), или кортикотропин-рилизинг гормоном (CRH).

Шалли и Гиймен попытались выяснить и химическую структуру CRH, однако потерпели неудачу: вещество оказалось слишком сложным (41 аминокислотный остаток) для тогдашнего уровня исследований.(Эта задача была решена только в 1981 году.) Неудача с CRH обескуражила многих, работавших в той же области. Шалли и Гиймен продолжали упорно искать. Тем не менее их следующий выбор оказался на редкость удачным: позднее выяснилось, что вслед за самым сложным из рилизинг-факторов они интуитивно выбрали самый простой – TRF (TRH). В 1966 году он был выделен. Работа шла параллельно и в духе соревнования. Группа Гиймена обработала 5 млн. гипоталмусов овец, группа Шалли – 5 млн. гипоталамусов свиней. Извлечение тканей производилось на мясокомбинатах сразу же после забоя скота (рилизинг-факторы нестойки и быстро расщепляются ферментами тканей).

После нескольких лет упорного труда они получили 1 мг чистого вещества, обладавшего только одним эффектом: оно вызывало выброс TSH из гипофиза. Это и был TRH. В 1969 году его структура была установлена независимо обеими группами. Оказалось, что молекула TRH состоит всего из трех аминокислотных остатков: Pyr-His-Pro-OH. В том же году (1969) группа Гиймена синтезировала TRH. Лед был сломан. В 1971 году из тканей был выделен LH-RH (он же гонадотропин-ризилизнг гормон — Gn-RH), его структура расшифрована и сам он синтезирован в лаборатории – сначала группой Шалли, а затем и группой Гиймена. Середина 1970-х годов ознаменовалась тем, что Гиймен описал структуру нового пептида, состоящего из 14 аминокислотных остатков, который он назвал соматостатином. Это был первый из открытых ингибирующих факторов, то есть вызывающих не усиление, а, напротив, торможение выброса гипофизом соответствующего гормона (гормона роста).

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

В качестве непосредственного продолжения исследований Гиймена и Шалли можно рассматривать обнаружение в мозгу Хьюзом в 1975 году морфиноподобных пептидов – эндорфинов и энкефалинов. Центральная нервная система все более «превращалась» в эндокринный орган, что открывало прекрасные перспективы для медицины.

Открытие Гиймена и Шалли заложило основу современного понимания управления деятельностью эндокринных органов. Было найдено недостающее звено в общей системе нейрогуморальной регуляции.

Клинические испытания рилизинг-гормонов Шалли провел вместе с врачами из Мексики еще в 1970-е годы. Тем не менее и к концу XX века лекарства на основе этих веществ еще не получили широкого распространения в практической медицине.

БИОГРАФИИ:

ГИЙМЕН

Гиймен родился 11 января 1924 года в Дижоне – столице Бургундии, Франция в семье Раймона Гиймена (Raymond Guillemin) и Бланш Риголло (Blanche Rigollot). Он получил начальное образование в общей школе и лицее. Учился в медицинской школе Дижонского университета, а в 1949 году получил степень доктора медицины Лионского университета. В это время Гиймен занимался только клинической медициной, так как в Дижоне не было никаких перспектив для научных изысканий. Франция потерпела поражение в войне в 1940 году, и до 1944 года Дижон оказался под оккупацией. Все же Гиймен заинтересовался эндокринологией. Узнав, что известный канадский исследователь Ганс Хуго Бруно Селье (Hans Hugo Bruno Selye, 1907–1982) будет читать лекции о стрессе и общем адаптационном синдроме в Париже, Гиймен отправился слушать его. В результате через несколько месяцев он уже работал в созданном Селье Институте экспериментальной медицины и хирургии при университете Монреаля в Канаде. В том же году Гиймен закончил экспериментальную работу по вызываемой дезоксикортикостероном артериальной гипертензии. В 1953 году Гиймен получил докторскую степень по физиологии и стал ассистентом кафедры физиологии Медицинского колледжа университета Бейлора в Хьюстоне, Техас. Он преподавал там физиологию в течение 18 лет (до 1970 года). Еще работая с Селье, Гиймен заинтересовался проблемой физиологической регуляции секреции в гипофизе и занялся поиском химических «медиаторов» гипоталамуса, управляющих функциями этой железы. В 1970 году Гиймен перешел в Солковский институт в Сан-Диего, Калифорния, чтобы основать там лабораторию нейроэндокринологии, где были выделены тир(е)отропин рилизинг-фактор (TRF, TRH) рилизинг-фактор лютеинизи-рующиего гормона (LH-RH) и другие рилизинг-факторы.

В 1951 году Гиймен женился на Люсьен Жанне Биллар (Lucienne Jeanne Billard) и имеет сына и пятерых дочерей.

ШАЛЛИ

Эндрю Виктор Шалли родился 30 ноября 1926 года в Вильно, Польша (ныне Вильнюс, Литва) в семье Казимира Петера Шалли (Casimir Peter Schally) и Марии Лака (Maria Lacka). Его отец был профессиональным военным, получившим образовавние в военных академиях Австрии и Франции. У Эндрю было довольно трудное детство, которое он провел в оккупированной нацистами Восточной Европе, но он пережил холокост в еврейско-польской диаспоре в Румынии. Он говорил на польском, румынском, идише, итальянском и немного на немецком и русском. В 1945 году Шалли эмигрировал через Италию и Францию. Несмотря на послевоенные экономические трудности, Великобритания показалась Шалли раем из-за принятого там отношения к правам человека. Он получил официальный сертификат об окончании средней школы в Шотландии в 1946 году и впоследствии изучал химию в Лондоне. В возрасте 23 лет Шалли попал в Национальный институт медицинских исследований в Лондоне. В 1952 году он переехал в Монреаль, Канада, где получил возможность работать и учиться в университете Мак-Гилла. Там Шалли изучал эндокринологию по блестящим лекциям профессоров и работал в лаборатории экспериментальной терапии в Психиатрическом институте Аллана. Работа лаборатории была посвящена изучению физиологии адренокортикотропина и кортикостероидов. Тогда (1954) Шалли впервые заинтересовался связью между функциями мозга и эндокринных желез. В 1955 году вместе с коллегами он показал присутствие адренокортикотропина и его рилизинг-фактора в ткани гипоталамуса и нейрогипофиза. В 1957 году Шалли пошел в докторантуру университета Мак-Гилла и в сентябре того же года получил возможность вместе с Гийменом исследовать кортикотропин рилизинг-фактор в Колледже университета Бейлора, в Техасе. В 1962 году Шалли стал гражданином США. Тогда же он был назначен руководителем эндокринных и полипептидных лабораторий в госпитале Администрации ветеранов в Новом Орлеане, а в 1966 году – профессором медицины Туланского университета. Совместно с другими исследователями Шалли исследовал тир(е)отропин рилизинг-фактор (1969), рилизинг-фактор лютеинизирующего гормона (1971), и соматостатин (1975).

В 1956 году Шалли женился на Маргарет Рашель Уайт (Margaret Rachel White), с которой развелся в 1976 году. У них сын и дочь. В этом же году он женился второй раз на Ане Марии де Медейрос Комару (Ana Maria de Medeiros Comaru).

ЯЛОУ

ПРЕДЫСТОРИЯ

Классический метод исследования внутренней секреции включал в себя удаление желез, их пересадку или введение экстрактов из тканей желез. В середине XX века развитие химии позволило определять химическую структуру гормонов и синтезировать их в лабораториях. В 1930-1940-е годы Бове (Нобелевская премия 1957 года) и его сотрудники, синтезировав многочисленные агонисты и антагонисты регуляторных веществ, создали методы фармакологического анализа механизмов эндокринной регуляции.

До середины 1950-х годов химические методы не удавалось применить для количественного определения пептидных гормонов в крови и моче, хотя гормоны других групп этими методами определялись повседневно. Главная, хотя и не единственная причина этого состояла в чрезвычайно низких концентрациях пептидных гормонов в жидкостях тела. Например, молярная концентрация гипофизарного кортикотропина (АКТГ) в норме равна 10¹². Для того, чтобы измерить существовавшими тогда биологическими методами столь малое количество гормона, необходимо 250 мл крови!

Отсутствие специфических и точных методик для определения пептидных гормонов в крови вызвало застой в большой области биомедицинских исследований. И что было еще хуже, на основе ненадежных определений пептидных гормонов были выдвинуты гипотезы, только сбивавшие исследователей с толку.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

Ялоу и Соломон Берсон (Solomon Berson) оказались способны устранить возникшее препятствие на пути развития физиологии и сделали это наиболее неожиданным способом. К середине 1950-х годов они обнаружили, что в организме людей, которым для лечения диабета или шизофрении вводили инсулин, возникали антитела против данного гормона. Этот вывод противоречил преобладавшей в то время концепции, согласно которой столь малый фрагмент белка (51 аминокислотный остаток) не может обладать антигенной активностью. Для принятия научным сообществом нового взгляда потребовалось значительное время. Были получены и другие важные данные. Так, антитела образовывали растворимые комплексы с инсулином, к молекуле которого была присоединена радиоактивная метка (изотоп йода). Добавление в смесь немеченного (обычного) инсулина влияло на связывание меченного инсулина с антителами. Другими словами: процент меченого инсулина, связывающегося с антителами, является функцией общей концентрации инсулина в растворе. Этот факт стал отправной точкой для радиоиммунологического определения инсулина, а позднее и всех прочих пептидных гормонов в крови и других жидкостях и тканях тела.

В серии блестящих, признанных теперь классическими, статей 1956–1960 годов Ялоу и Берсон подробно описали свой радиоиммунологический метод (англ, radioimmunological assay — RIA) определения пептидов. Это было захватывающим воображение соединением иммунологии, изотопных методов, математики и физики. RIA настолько чувствителен, что позволяет определять инсулин в концентрации 10–20 пг/мл, а АКТГ – менее 1 пг/мл (одна триллионная доля грамма в одном миллилитре).

ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

RIA вызвал революцию в биологических и медицинских исследованиях. Сегодня в распоряжении исследователей большое количество RIA-подобных (так называемых лигандных) методов для определения почти всего, что необходимо измерить: пептидных и непептидных гормонов, пептидов-негормонов, ферментов, вирусов, антител, лекарств самых различных видов и т. п. Эти возможности вызвали бурное развитие в новых, ранее недоступных исследованиям направлениях.

Вклад Ялоу состоял не только в создании RIA. Она и ее коллеги при помощи RIA сумели уточнить представления о физиологии пептидных гормонов: инсулина, АКТГ, гормона роста, а также пролили свет на патогенез болезней, вызванных анормальной секрецией этих гормонов. Началась новая эра в эндокринологии. Развитие этого направления непрерывно приводило к новым открытиям, касающимся причин и природы заболеваний.

Использование предложенных Ялоу методов позволило обнаружить эндокринные функции у клеток, находящихся вне классических желез внутренней секреции. Так, в 1968 году А. Э. Пирс (А. Е. Pearse) описал так называемую APUD-систему (англ, amine precursor uptake and decarboxylation), теперь чаще называемую диффузной эндокринной системой — эндокринные клетки в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта: более десятка типов клеток и еще больше гормонов (позднее количество тех и других возросло в несколько раз). Эндокринные клетки были найдены не только в пищеварительном тракте, но и в тканях сердца, легких и других внутренних органов.

БИОГРАФИЯ

Розалин Ялоу (в девичестве Сассмен) родилась 19 июля 1921 года в семье Саймона Сассмена (Simon Sussman) и Клары Циппер (Clara Zipper) в Нью-Йорке. Всю жизнь она жила и работала там, за исключением трех с половиной лет, проведенных в аспирантуре Иллинойского университета. Она научилась читать еще в детском саду, в седьмом классе увлекалась математикой и химией, а позднее в Женском колледже Нью-Йорка – физикой. В то время много говорили о ядерной физике. Мария Кюри (Нобелевские премии по физике за 1903 год и химии за 1911 год) была для Розалин образцом для подражания, и она мечтала о карьере физика. Семья же была уверена, что Розалин должна преподавать в начальной школе. Кроме того, хорошие школы, готовившие физиков, редко принимали женщин. Однако преподаватели физики содействовали ей в поступлении в Хантер-колледж, который она закончила в 1941 году. Одновременно с этим подвернулась возможность работать секретарем-стенографистом одного из ведущих биохимиков в Колледже врачей и хирургов Колумбийского университета. В 1941 году Розалин получила приглашение для обучения физике в Иллинойском университете. Она выбросила стенографические книги, прослушала два свободных курса физики в Нью-Йоркском университете и отправилась в Иллинойс. На первой встрече факультета Колледжа инженерии она обнаружила, что была единственной женщиной среди 400 человек. В первый же день работы Розалин встретила Эрона Ял оу (Aaron Yalow), который также изучал физику, и в 1943 году они поженились. В декабре 1941 года США вступили в войну, и многие физики перешли на секретную работу по ядерным программам. В 1945 году Ялоу получила степень доктора философии по ядерной физике. Она возвратилась в Нью-Йорк и пошла работать инженером в Федеральную лабораторию телекоммуникаций, где также была единственной женщиной-инженером. В 1946 году она вернулась в Хантер-колледж преподавать физику возвращающимся с войны ветеранам.

Ее муж прибыл в Нью-Йорк в 1945 году и начал работу по медицинской физике в больнице Монтефьёре в Бронксе. Через него Розалин познакомилась с Э. Квимби (Е. Quimbi), ведущим медицинским физиком в Колледже врачей и хирургов Колумбийского университета. Розалин вызвалась работать в его лаборатории, чтобы получить опыт применения медицинских радиоизотопных методик. Параллельно с напряженной преподавательской работой она смогла создать «Радиоизотопную службу» и начать научно-исследовательскую работу вместе с другими врачами Госпиталя администрации ветеранов. В 1950 году она полностью перешла к работе в госпитале. Туда же пришел Берсон, и началось их 22-летнее сотрудничество, которое продолжалось до дня его смерти в 1972 году. Их совместная работа по радиоизотопным методам исследования белков крови привела к созданию многих радиоиммунных методов и принесла Ялоу Нобелевскую премию. Ялоу считала, что Берсон должен бы был разделить с ней эту награду.

У супругов Ялоу двое детей – сын и дочь.

ЛИТЕРАТУРА

Работы Гиймена:

The Hormones of the Hypothalamus. San Francisco, California, 1972 (with R. Burgus);

Purification, isolation, and primary structure of the hypothalamic luteinizing hormone-realising factor of ovine origin – a historical account // Am. J. Obst. Gynecol. 1977. V. 129. P. 214;

The Brain as an Endocrine Organ. Cambridge, Massachusetts, 1978;

Hypothalamic Control of Pituitary Functions: The Growth Hormone Realising Factor. Liverpool, 1985.

О нем:

FinkG. Inadvertent collaboration//Nature. 1977. V. 269. N. 5631. P. 747–748;

MeitesJ. The 1977 Nobel Prize for Physiology or Medicine//Science. 1977. V. 198.N. 4317. P. 594–595;

Nobel Prizes: Seven in'77. Medicine: Spotlight on hormones//Sci. News. 1977. V. 112.N. 17. P. 260;

Pioneers in Neuroendocrinology. II. New York, 1978;

The Nobel Duel. New York, 1981. P. 351.

Работы Шалли:

The release of corticotropin by anterior pituitary tissue in vitro // Can. J. Biochem. Physiol. 1955. V. 33. P. 408 (withM. Saffran);

Purification of thyrotropic hormone releasing factor from bovine hypothalamus // Endocrinology.

1966. V. 78. P. 726 (with others);

The Hypothalamus and Pituitary in Health and Disease. Springfield, Illinois, 1972 (with W. Locke).

О нем:

Fink G. Inadvertent collaboration//Nature. 1977. V. 269. N. 5631. P. 747–748;

Meites J. The 1977 Nobel Prize for Physiology or Medicine // Science. 1977. V. 198. N. 4317. P. 594–595;

Nobel Prizes: Seven in'77. Medicine: Spotlight on hormones//Sci. News. 1977. V. 112.N. 17. P. 260;

Pioneers in Neuroendocrinology. II. New York, 1978. P. 351;

The Nobel duel. New York, 1981.

Работы Ялоу:

Peptide Hormones. New York, 1973 (with S. A. Berson);

Methods of Radioimmunoassay of Peptide Hormones. New York, 1976;

Basic Research and Clinical Medicine. New York, 1981 (with others);

Radioimmunoassay. New York, 1984.

О ней:

Roth J., Rail J. E. Starting a revolution//Nature. 1977. V. 269. N. 5631. P. 746–747;

Meites J. The 1977 Nobel Prize for Physiology or Medicine // Science. 1977. V. 198. N. 4317. P. 594–595;

Nobel Prizes: Seven in '77. Medicine: Spotlight on hormones // Sci. News. 1977. V. 112. N. 17. P. 260;

Yalow wins half of Nobel Prize in Medicine / Physicists share in Nobel prizes in three disciplines //Physics Today. 1977. V. 30. N. 12. P. 78–79;

Current Biography Yearbook. New York, 1978. P. 458–460;

Madam Curie from Bronx // New York Times Magazine. 1978 (April 9). P. 29–31.