Kytkin istuimen, kun Ferrari pysähtyy äkillisesti risteyksessä, sitten nurisee kärsimättömästi, kunnes valo muuttuu. Kun se lähtee, möly tuntuu omituiselta ekstravagantilta Ohion Columbuksen esikaupungin hiljaisille kaduille.
Asiaan liittyvä sisältö
- Triumph syövän vastaisessa sodassa
- Geeniterapia uudessa valossa
- San Luis -laakson 'salaiset juutalaiset'
Kuljettaja on Carlo Croce, 64-vuotias italialainen tiedemies, jolla on iso ääni, pirteät tukka ja ilmeikkäät tummat silmät. Hän johtaa ihmissyövän genetiikan ohjelmaa Ohion osavaltion yliopistossa, ja hänen hopea Scaglietti Ferrari on sopiva symboli hänen lähestymistapaansa tieteeseen: upeaa, suuritehoista ja erityisesti näinä päivinä vilkasta kuumaa.
Roomassa kasvanut Croce, joka oli koneinsinööri-isän ja kotitekoisen äidin ainoa lapsi, kävi Rooman yliopiston lääketieteellisessä koulussa ja tuli Yhdysvaltoihin vuonna 1970 tutkimaan syöpää. "Ajattelin, että se oli tiedetyön paikka", hän sanoo. Croce oli yksi ensimmäisistä tutkijoista, joka totesi, että syöpä - normaalisti tarkistetussa tilassa olevien solujen karkaantunut kasvu - voi johtua geneettisistä muutoksista. Hän on tunnistanut erityiset geenimuutokset, jotka liittyvät keuhko- ja ruokatorven syöpiin sekä erityyppisiin lymfoomiin ja leukemiaan.
Kollegat sanovat, että Crocella on huomattavia tieteellisiä vaistoja. "Jos levität viisi asiaa edessään, hän voi melkein hämmästyttämättä valita yhden, joka aikoo työskennellä", sanoo Webster Cavenee, San Diegon Ludwig-syöpätutkimusinstituutin johtaja. "Hän voi haistaa jotain mielenkiintoista, ja hän on melkein koskaan väärässä."
Muutama vuosi sitten Croce alkoi haistella yhtä yllättävimmistä ja lupaavimmista löytöistä syöpätutkimuksessa. Löytö asetti hänet ja hänen yhteistyökumppaninsa nyt kukoistavan kentän eturiville, joka lupaa parannettuja tekniikoita sairauksien diagnosointiin ja toivon mukaan tehokkaampia uusia hoitomuotoja. Crocen viimeisin työ on todellakin osa aivan uutta tapaa tarkastella geenejä ja sitä, kuinka elämä säätelee itseään. Mikä tekee entistäkin merkittävämmäksi sen, että hänen näkemyksensä tuli vasta sen jälkeen, kun hän ja hänen työtoverinsa olivat kilpailleet huippunopeudella umpikujaan.
Yksi 1900-luvun tieteen loistavuuksista oli vuonna 1953 geneettisen materiaalin DNA: n rakenteen löytäminen; se on pitkä tikkaamainen polymeeri, joka on kierretty kaksoiskierreksi. Jokainen askel on kemiallisten yhdisteiden ketju, nimeltään emäkset, ja niiden tarkka järjestys koodaa geenin ohjeita, aivan kuten sanan kirjaimet. Vuosikymmenien ajan laboratoriotietojen vuoret ovat saaneet tutkijat tekemään kaksi geenien perustaa koskevaa olettamusta.
Ensinnäkin, geeni on suhteellisen suuri, koostuen tyypillisesti kymmenistä tuhansista kemiallisista emäksistä peräkkäin.
Toiseksi minkä tahansa tietyn geenin päätehtävänä on ohjeistaa soluja valmistamaan vastaava proteiini. Proteiini on suuri, monimutkainen molekyyli, joka suorittaa tietyn toiminnan riippuen siitä, kuinka se on valmistettu: se voi olla osa lihaskuitua tai entsyymiä, joka hajottaa ruokaa, tai fysiologiaa hallitsevaa hormonia, muun muassa.
Varmasti Croce piti näitä oletuksia, kun hän 1990-luvun alussa aikoi tunnistaa geenin, joka osallistuu krooniseen lymfosyyttiseen leukemiaan eli CLL: ään. Verisyöpä täyttää luuytimen ja imusolmukkeet syöpäsoluilla, jotka syrjäyttävät immuunijärjestelmän terveet solut, jättäen kehon vähemmän kykyyn torjumaan infektioita. Croce oli analysoinut CLL-potilaiden syöpäsoluja ja havainnut, että monista puuttui sama pitkä segmentti DNA: ta. Jossain segmentin puoleen, hän perusteli, oli geeni, joka oli välttämätön estämään valkosolujen tulemista syöpiksi.
Lähes seitsemän vuoden ajan Croce ja hänen kollegansa pitivät nolla-arvoa sen pitkän epäilyttävän DNA-juosteen eri biteissä, määrittäen huolellisesti sen geneettisen sekvenssin, emäspohjalta. He myös tekivät lukuisia kokeita, joissa testattiin, voivatko geenit aiheuttaa CLL: n.
He löivät ulos. "Karakterisoimme jokaista veristä geeniä, joka on läsnä siinä DNA: ssa, ja mikään niistä ei ollut geeni", joka liittyy CLL: ään, Croce muistelee. "Olin hyvin turhautunut." Niin olivat hänen opiskelijat ja yhteistyökumppanit. "Voi, poltin muutaman ihmisen hengen", Croce lisää. Yksi tutkija lopetti tieteen kokonaan saadakseen tutkinnon liiketaloudesta.
Vuonna 2001 Croce palkkasi romanialaisen gastroenterologin George Calinin ottamaan vastaan projektin, jonka kaikki olivat kasvaneet vihaamaan. "Hänellä ei ollut laboratoriossa mitään pahempaa", Calin vitsailee.
"Katso, " Croce kertoi Calinille, "geenin on oltava siellä."
Noin samaan aikaan alettiin levittää uutta ymmärrystä genetiikasta. Kummallista, mutta sitä helpotti mutanttimato, joka ei kyennyt munimaan munia. Eläin kohtasi räikeän kohtalon: sadat munat kuoriutuivat ruumiinsa sisälle aiheuttaen sen räjähtää auki. Tuolloin Harvardissa (nykyään Massachusettsin yliopiston lääketieteellisessä koulussa) kehitysbiologi Victor Ambros tutki madon geneettisestä virheestä vastuussa olevaa mutaatiota. Mato, Caenorhabditis elegans, on mikroskooppinen olento, jota geneetikot rakastavat tutkiakseen, koska sitä on helppo kasvattaa - se syö tavallisia bakteereja - ja se on läpinäkyvä, joten kaikki sen noin 900-solua voidaan havaita niiden kehittyessä. Kummallista, kun Ambros haki mutatoitunutta geeniä, siitä kohdasta, jossa sen näennäisesti piti olla, tuli liian pieni, jotta se voisi sisältää normaalin geenin. "Yhä vähemmän tuli selväksi, että tämä DNA-pala voi koodata proteiinia", hän sanoo. "Se oli aika hämmästyttävää."
Charles River -joen yli, Massachusetts General Hospital -sairaalassa, molekyylibiologi nimeltä Gary Ruvkun tutki eri C. elegansin mutanttia. Ambros ja Ruvkun epäilivät molemmat, että Ambros-geeni etsi jonkin verran hallittua geeniä, joka oli mennyt pieleen Ruvkunin matoissa. Työn parissa, he päättivät verrata kahta geeniä nähdäkseen, muistuttavatko ne toisiaan.
"Lähetimme toisillemme sekvenssimme ja sovimme, että soitamme myöhemmin, jos näemme jotain", Ambros muistelee. "Yksi meistä soitti toiselle ja sanoin: 'Gary, näet sen? Ja hän sanoi:' Kyllä, minä näen sen! '" He olivat löytäneet täydellisen ottelun - DNA: n osuuden Ambrosin lyhyestä geneettisestä sekvenssistä, identtinen osaan Ruvkunin normaalikokoisesta geenistä.
Ambros-geeni oli todella pieni, vain 70 emästä pitkä, ei 10 000 emästä kuten muut geenit. Vielä outoa, geeni ei tuottanut proteiinia, kuten muut geenit tekevät. Sen sijaan se teki toisenlaista geneettistä materiaalia, jota nykyään kutsutaan microRNA: ksi. Perinteiset geenit tekevät RNA: sta myös molekyylin, joka on kemiallisesti samanlainen kuin DNA, mutta että RNA on lyhytikäinen, toimien pelkkänä sanansaattajana tai välittäjänä proteiinien rakentamisessa. Mutta tämä mikroRNA oli geenin lopputuote, eikä se ollut pelkkä lähettiläs.
MicroRNA, Ambros ja Ruvkun tajusivat työskentelevänsä kiehtovalla mekanismilla: se näytti kuin tarranauhan miniatyyrinauha. Koska mikroRNA-geeni vastasi osaa perinteistä geeniä, mikroRNA tarttui perinteisen geenin tuottamaan RNA: han. Näin toimiessaan se esti toista geeniä tuottamasta proteiinia.
Se oli kiehtova löytö, mutta kahden tutkijan mielestä se oli vain omituisuus, kunnes seitsemän vuotta myöhemmin vuonna 2000 Ruvkunin laboratorion tutkija Brenda Reinhart löysi madosta toisen mikroRNA-geenin. "Se kertoi minulle, että pienet RNA: t tulevat olemaan yleisempiä kuin odotimme", sanoo kehitysbiologi Frank Slack, joka auttoi löytössä Ruvkunin laboratoriossa ja on nyt Yalessa.
Ruvkun-laboratorio aloitti mikroRNA-geenien etsimisen muista eläimistä. Kuten tapahtui, oli hyvä aika etsiä geneettisiä poikkeavuuksia. Vuonna 2001 tutkijat valmistelivat luonnoksen koko ihmisen DNA-sekvenssistä, joka tunnetaan nimellä ihmisen genomi, ja he sekvensoivat nopeasti muut genomit, mukaan lukien hiiren, sinappikasvien, hedelmäkärpäsen ja malarian loiset. Jotkut genomit olivat tulossa saataville Internet-tietokannoissa, ja Ruvkun löysi saman mikroRNA-geenin C. elegans -matoista hedelmäkärpäksissä ja ihmisissä. Sitten hän löysi geenin nilviäisistä, seeprakalaista ja muista lajeista. Samanaikaisesti Ambros-ryhmä ja muut löysivät kymmeniä muita mikroRNA-geenejä.
Tulokset olivat houkuttelevia - ei juurikaan päivittäin löydy uutta geeniluokkaa - mutta ei ollut selvää, mikä rooli näillä pienoisgeenillä voi olla ihmisten elämässä.
Silloin Carlo Croce ja George Calin päättivät tarkastella uudestaan kadonneen leukemiageenin salaperäistä tapausta. Calin, joka on nyt molekyylibiologi Texasin yliopiston MD Anderson syöpäkeskuksessa, kirjoitti tietokoneelleen tunnetut mikroRNA-geenisekvenssit vertaamalla niitä DNA: n osaan, josta monilla CLL-potilaiden syöpäsoluilla puuttuu. "He olivat tarkalleen siellä", hän muistelee: kaksi mikroRNA-geeniä istui oikeassa paikassa, jossa oletettiin olevan CLL: ää estävän geenin.
Calin kutsui Crocen laboratorioon heti: "Tohtori Croce, nämä ovat geenejä!"
Croce katsoi Calinia ja vilkaisi. "S ---!", Calin muistuttaa häntä sanomasta. "Nämä ovat geenejä!"
Calin ja Croce testasivat leukemiapotilaiden verinäytteitä ja havaitsivat, että 68 prosenttia sisälsi vain vähän tai ei ollenkaan kahdesta mikroRNA: sta, kun taas syöpäpotilaiden verisoluissa oli monia molekyylejä. Calin ja Croce olivat vakuuttuneita: nämä kaksi pientä geeniä tekivät mikroRNA: t, jotka tukahduttivat syöpää.
"Olin järkyttynyt", Croce sanoo. "Meillä oli dogma, että kaikki syöpägeenit olivat proteiineja koodaavia geenejä", Croce sanoo. MicroRNA "selitti paljon, mitä emme pystyneet selittämään ennen. Se muutti tapaa, jolla tarkastelimme ongelmaa."
Calin ja Croce julkaisivat havaintonsa vuonna 2002 - ensimmäistä kertaa kuka tahansa oli saanut aikaan mikroRNA: t ihmisen sairauteen.
Siitä lähtien "jokainen syöpä, jota tarkastelemme, löydämme muutoksen mikroRNA: ssa", Croce sanoo. "Luultavasti jokaisessa ihmisen kasvaimessa on muutoksia mikroRNA: ssa."
Croce asuu komeassa kartanossa Columbuksen Ylä-Arlingtonin esikaupungissa. Postimiljat ovat hajallaan keittiön pöydällä saapuessamme. Croce on ollut poissa kotoa viikkojen ajan, käynyt konferensseissa ja pitänyt keskusteluja Kansallisessa terveysinstituutissa Bethesdassa Marylandissa, Kansallisessa tiedeakatemiassa Washingtonissa, syöpäkokouksessa San Diegossa, Johns Hopkinsin yliopistossa Baltimoressa ja kolmessa kokouksessa. Italiassa. Talo tuntuu tyhjältä ja käyttämättömältä.
"Pohjimmiltaan se on vain nukkumista varten", Crocen poika, Roberto, 29, sanoo myöhemmin isänsä talosta. "Hän yleensä puistoi omaisuutensa sinne. Jos hän on kaupungissa, hän on töissä tai hän viettää aikaa kanssani." Roberto työskentelee taloustieteen tohtorina Ohion osavaltiossa. (Carlolla, joka ei ole koskaan naimisissa, on myös 12-vuotias tytär, joka asuu Buenos Airesissa.)
Talon sisällä keskittyy taide, ei tiede. Croce omistaa yli 400 maalausta 1500- ja 1800-luvun italialaisilta mestarilta. Hän rakensi kaveriinin 5000 neliöjalkan siipin - 21 jalan katot ja kaikki - näyttääkseen joitain suurimmista maalauksista.
Croce kertoo ostaneensa ensimmäisen maalauksensa 12-vuotiaana 100 dollarilla. Hän haluaa ostaa maalauksia, kun hänellä on epäilyjä siitä, kuka taiteilija on, mutta ei tiedä varmasti. "En koskaan kysy joltakin", hän sanoo. "Ostan vain sen ja voin olla väärässä tai voin olla oikeassa." Hän osti yhden maalauksen 11 500 dollarilla Napolin galleriasta. Hän ajatteli, että se voisi olla barokkimaalari nimeltä Bartolomeo Schedoni. "Tein kuvan sen palauttamisen jälkeen ja lähetin sen Schedoni-asiantuntijalle. Hän sanoi:" Ai niin, se on Schedoni. "" Maalauksen, Croce sanoo, arvoinen luultavasti sata kertaa enemmän kuin mitä hän maksoi siitä.
"Hänen taiteenkeräyksessään on sama kokeellinen painotus kuin hänen tiedessään", sanoo Peter Vogt, syöpätutkija Scripps Research Institute: ssä La Jollassa ja Crocen ystävä.
Vuosien varrella Croce on patentoinut useita löytöjä ja perustanut kolme yritystä. Hänen laboratorionsa Ohio Statessa on kymmenkerroksisen rakennuksen kahdessa yläkerroksessa. Noin 50 ihmisen henkilöstön kanssa laboratorion budjetti on noin 5 miljoonaa dollaria vuodessa, mikä on verrannollinen pienen bioteknologiayrityksen kanssa. Hänen rahoitus tulee liittovaltion ja yksityisistä avustuksista.
"On paljon ihmisiä, jotka sanoisivat olevansa menestyksekäs, koska hänellä on valtava määrä resursseja. Luulen, että se on päinvastoin; mielestäni hänellä on valtavia resursseja, koska hän on onnistunut", Cavenee sanoo.
Heti kun Croce epäili mikroRNA: ien ja syövän välistä yhteyttä, hän alkoi kysyä: Olisiko syöpäsoluissa erilaisia määriä mikroRNA: ita kuin normaalisoluissa? Olisiko jotkut mikroRNA: t yleisempiä kuin toiset tietyntyyppisissä syöpissä? "Hän oli todella ensimmäinen henkilö, joka teki kyseisen harppauksen", kertoo Slack Crocen varhaisesta panoksesta mikroRNA: iin. "Kestää jonkun, jolla oli Carlosin visio ja raha, todella siirtää kenttää eteenpäin."
Vuonna 2003 Croce rekrytoi Chang-Gong Liun, tuolloin Motorolan mikrosirukehittäjän, suunnittelemaan työkalun, jolla voidaan testata mikroRNA: ien esiintyminen solun tai kudoksen näytteessä. Crocen laboratorio on löytänyt työkalun, jota kutsutaan mikromatriisiksi, löytänyt mikroRNA: t, jotka näyttävät olevan ainutlaatuisia tietyntyyppisissä syövissä. 3–5 prosentilla potilaista, joiden syöpä on metastasoitunut tai levinnyt tuntemattomasta lähteestä kehossa, tämän löydöksen vaikutukset ovat valtavat. Koska syövän alkamisen tunteminen on avain optimaaliseen hoitoon - erilaisissa kudoksissa esiintyvät kasvaimet reagoivat erilaisiin lähestymistapoihin - mikroRNA: t voivat auttaa onkologia määräämään parhaimmat hoidot tällaisille potilaille.
MikroRNA: t voivat myös pystyä arvioimaan syövän vakavuuden. Croce ja hänen yhteistyökumppaninsa havaitsivat, että kahden mikroRNA: n, nimeltään Let-7 ja mir-155, pitoisuudet ennustivat keuhkosyöpäpotilaiden eloonjäämistä. Croce-ryhmä on myös löytänyt mikroRNA: t, jotka ennustavat, tuleeko potilaan CLL aggressiiviseksi vai pysyykö se lievänä. Jatkossa potilaan mikroRNA-profiili saattaa osoittaa, onko potilaalle tehtävä aggressiivinen ja riskialtinen hoito vai lievempi, turvallisempi hoito.
Nykyään tutkijat ovat tunnistaneet noin 40 syöpään liittyvää mikroRNA-geeniä, mukaan lukien rintojen, keuhkojen, haiman ja paksusuolen geenit. Kuten perinteiset geenit, jotka tuottavat proteiineja, myös microRNA-geenit voivat olla syöpäpromoottoreita, aiheuttaen tautia, jos ne tuottavat liian monta mikroRNA: ta. Tai ne voivat olla syöpää estäviä; jos ne ovat vaurioituneet tai kadonneet, syöpää syntyy. Lisäksi tutkijat ovat alkaneet ymmärtää, kuinka mikroRNA: t ovat vuorovaikutuksessa perinteisten syöpägeenien kanssa, paljastaen monimutkaisen kytkentätaulun yhteyksistä, jotka näyttävät tapahtuvan solujen sisällä taudin valloittua.
Crocen suurin toivo on, että mikroRNA: ta voidaan käyttää yhtenä päivänä hoitomuotoina. "Olen vakuuttunut, täysin vakuuttunut", hän sanoo, "että mikroRNA: sta tulee lääkkeitä." Joissakin äskettäisissä kokeissa hän ja kollega ovat injektoineet mikroRNA: ita hiiriin, joilla on leukemia tai keuhkosyöpä. Hänen mukaansa injektiot pysäyttivät syövän kasvun.
"Todisteet ovat tällä hetkellä erittäin vahvat", että mikroRNA: t ovat keskeisessä asemassa syöpään ", sanoo Slack, " ja se kasvaa yhä voimakkaammin päivittäin. "
Syöpä ei ole ainoa sairaus, jossa mikroRNA: t ovat nousemassa tärkeiksi toimijoiksi. Tutkimukset viittaavat nyt siihen, että nämä pienoisgeenit osallistuvat immuunijärjestelmän toimintaan, sydänsairauksiin, skitsofreniaan, Alzheimerin tautiin ja Tourette'in oireyhtymään. Tämän lisäksi on pitkä luettelo sairauksista, joilla näyttää olevan geneettinen perusta, mutta joille ei ole tunnistettu tavanomaista geeniä. New Yorkin Cold Spring Harbor Laboratoryn genomitutkija Thomas Gingeras uskoo, että jotkut näistä sairauksista kytkeytyvät lopulta mikroRNA: eihin. "Uskon, että niin on epäilemättä", hän sanoo.
Ehkä se johtuu siitä, että pienillä molekyyleillä on niin paljon vaikutusta muuhun vartaloon. Tutkijoiden arvioiden mukaan ihmisillä on noin 1000 mikroRNA-geeniä, jotka vaikuttavat säätelevän ainakin neljänneksen 25 000 proteiinia koodaavasta geenistämme. "Olemme hämmästyneitä siitä määrästä ja uskomme sen olevan vähimmäisvaatimus", sanoo Nobelin palkittu Phillip Sharp MIT: stä, jonka laboratoriossa mikroRNA: ita tutkitaan.
Ei siis ihme, että jotkut tutkijat ilmaisevat hämmennystään ja pahoittelevat sitä, että he eivät löytäneet microRNA-geenejä aikaisemmin - lähinnä siksi, että he eivät kiistäneet geenien perusoletuksia.
"Se ei ollut teknologinen kysymys", sanoo Johnshua Mendell, JohnsRopkinsin mikroRNA-tutkija. "MikroRNA: ien tutkimiseen tarvittava tekniikka ei eroa tekniikasta, jota on käytetty parin viime vuosikymmenen ajan", hän sanoo. "Se oli enemmän älyllistä este."
Jopa Croce pahoittelee kaikesta menestyksestään, ettei hän tunnistanut mikroRNA: ta aikaisemmin. 1980-luvun lopulla hänen ryhmänsä jatkoi syöpägeeniä DNA-osuudessa, joka ei koodaa mitään proteiineja. "Joten hylkäsimme projektin", Croce sanoo. Nyt hän tietää, että geeni oli mikroRNA. "Bias", hän sanoo, "on huono, huono asia."
Sylvia Pagán Westphal on Bostonissa asuva kirjailija, joka on erikoistunut genetiikan, biologian ja lääketieteen aloihin.
"Muutamme dogmaa" sen suhteen, mitä tutkijat uskovat ihmisen DNA: han, sanoo tutkija George Calin (hänen University of Texas Lab). Mutta hänen uraauurtava työnsä Crocen kanssa alkoi huonosti. Ei ollut "mitään pahempaa", hän vitsailee. (Robert Seale) 
Tavanomaisen viisauden mukaan vain valtava DNA-osa voi toimia geeninä. Huomiotta jätetyn geneettisen kokonaisuuden löytäminen ylittää sen kuvan. Croce "tainnutettiin". (Greg Ruffing / Redux) 
Molekyylibiologi Gary Ruvkun. (Jared Leeds) 
Kehitysbiologi Victor Ambros. (Jared Leeds) 
Tutkiessaan mikroskooppisen madon mutantteja, Gary Ruvkun ja Victor Ambros tunnistivat geenin, joka oli mahdoton pieni. "Olimme innoissamme löytäessään jotain uutta", sanoo Ambros, "ja sitten olimme hämmentyneitä." (Photo Researchers, Inc.) 
Viimeaikaisten tutkimusten ansiosta on selvää, että mikroRNA: t auttavat tekemään joistakin soluista pahanlaatuisia (vaaleanpunaisten leukemiasolut terveiden punasolujen keskellä). Nyt tutkijat toivovat voivansa käyttää geenimateriaalia syövän diagnosoinnin ja hoidon parantamiseen. (© 2009 Virginian yliopiston rehtori ja vierailijat) 
Croce (kotona Ohiossa) haluaa ostaa kankaita, ennen kuin hän tietää, kuka maalasi ne. "Hänen taidekokoelmissaan on tehty sama kokeellinen painotus kuin hänen tieteessään", sanoo kollega. (Greg Ruffing / Redux) 
MikroRNA työssä : Tyypillinen geeni on pitkä DNA-osa, jossa kemialliset emäkset ovat kaksoiskierukan keulana; geeni koodaa lähetti-RNS: ää, joka ohjaa nimetyn proteiinin rakentamista. MikroRNA-geeni koodaa isoa RNA: ta, joka voi tarttua osaan lähetti-RNA: ta, kytkemällä pois proteiinikokoonpanon. (5W infografia)
