Wywiad z Johnem Gurdonem / Development

twoja pierwsza praca została opublikowana w 1954 roku i nie dotyczyła embriologii, ale entomologii. Jak do tego doszło?

cóż, ta wczesna praca została opublikowana w miesięczniku Entomologist ’ s Monthly Magazine. Przez całe moje wczesne życie interesowałem się owadami i zbierałem motyle i Ćmy. Kiedy byłem na studiach, lubiłem wziąć wolne i udać się do Wytham Woods niedaleko Oksfordu, aby zobaczyć, co mogę znaleźć. Więc wyszedłem pewnego zimnego wiosennego dnia i nie było motyli, ani ćmy, ale znikąd pojawiła się mucha – złapałem ją, włożyłem do butelki i spojrzałem na nią. Pierwszą rzeczą, która była oczywista, było to, że nie była to mucha, tylko błonkoskrzydła, ale kiedy próbowałem ją zidentyfikować, po prostu nie mogłem ustalić, co to było. Nie lubię być pokonany, więc poszedłem do Hope Department w Oxfordzie i oni też nie wiedzieli, co to jest, a potem do Muzeum Historii Naturalnej, gdzie kurator powiedział mi, że, co zdumiewające, był to gatunek nigdy wcześniej nie odnotowany w Anglii! To było bardzo irytujące dla Wydziału Entomologii w Oksfordzie, ponieważ ówczesny profesor prowadził badania ekologiczne nad owadami w tych lasach, a tutaj był student, który właśnie złapał pierwszą rzecz, jaką mógł znaleźć, i wybrał nowy gatunek. Napisałem kilka akapitów ogłaszających odkrycie i tak otrzymałem ten artykuł.

a czy nadal interesujesz się owadami?

nie do końca w sposób naukowy, choć ciągle myślę, że chciałbym do tego wrócić, głównie dlatego, że wzorce kolorystyczne lepidopterans są tak niezwykłe. Tak naprawdę nie wiemy prawie nic o tym, jak powstają wzory kolorów – u żadnego gatunku. Nie będzie genu, który umieszcza plamkę na jednym skrzydle, to bardziej skomplikowany proces, w tym dyfuzja cząsteczek. Ciągle myślę, że kiedy przejdę na emeryturę, wezmę to w górę, ale jeszcze nie doszedłem do tego punktu!

pół wieku temu zacząłeś swoje eksperymenty z transferem jądrowym, a dziś Twoje laboratorium nadal je publikuje. Dlaczego uważasz, że tak prosty koncepcyjnie eksperyment miał tak niezwykle długi okres trwałości?

kiedy przeprowadzałem te wczesne eksperymenty z transferem jądrowym – i jestem trwale wdzięczny mojemu przełożonemu, Michaelowi Fischbergowi, za zaangażowanie mnie w tę pracę – pytanie wtedy brzmiało, czy wszystkie komórki w ciele mają te same geny. Jednym ze sposobów określenia tego było pobranie jądra z jednego rodzaju komórki, umieszczenie go w jajku i sprawdzenie, czy może się rozwinąć. Ten eksperyment został wymyślony już pod koniec XIX wieku: istnieje artykuł człowieka o imieniu Rauber, który opisuje eksperyment włożenia jądra ropuchy do Żabiego jaja i po prostu mówi, że nie uzyskał wyniku, więc nie jest jasne, czy zrobił eksperyment, czy nie!

w każdym razie, w latach 50. dwóch Amerykanów, Briggs i King, opracowało technikę przeszczepiania jądra, a Fischberg zdecydował, że powinniśmy spróbować tego w Xenopus. Było kilka bardzo kłopotliwych problemów technicznych, które w końcu pokonaliśmy-zarówno przez szczęście, jak i umiejętności – a rezultatem było to, że można uzyskać zasadniczo normalny rozwój poprzez pobranie jądra wyspecjalizowanej komórki, w tym przypadku komórki jelitowej, i przeszczepienie jej do wyłuskanego jaja. To wyraźnie powiedziało, że te same geny są obecne we wszystkich różnych rodzajach komórek.

i wtedy była ta luka 50 lat zanim Yamanaka opracował indukowaną technikę pluripotencjalnych komórek macierzystych, która naprawdę otworzyła pole na użyteczny potencjał kliniczny. Eksperymenty z żabami (i wiele późniejszych prac, w tym pokolenie owcy Dolly w latach 90.) mówiły, że można odwrócić lub odmłodzić wyspecjalizowane jądro od początku, ale tłumaczenie kliniczne stało się realistyczną możliwością u ludzi tylko wtedy, gdy Yamanaka pokazał, że nie trzeba pozyskiwać ludzkich jaj ani zarodków, aby uzyskać komórki macierzyste. Pomysł, że można pozyskać nowe komórki tego samego rodzaju, zaczynając od dorosłych komórek zupełnie innego rodzaju, oczywiście pojawił się w naszej pracy z pół wieku wcześniej, ale, co ciekawe, nie było to absolutnie oczywiste, kiedy te wczesne eksperymenty zostały wykonane. „Przeprogramowanie” nie było nawet celem eksperymentów. Wyobrażam sobie, że nie otrzymałbym wsparcia dla przeprowadzenia tych eksperymentów transferu jądrowego, gdyby nie ich znaczenie dla przeprogramowania u ludzi.

więc pytanie brzmi, jak działa ten proces? Co leży u podstaw zdolności jaja do odmłodzenia jądra? Zawsze byliśmy zainteresowani tym pytaniem, ale stało się ono coraz bardziej interesujące z eksperymentami Yamanaki. I chciałbym zauważyć, że ludzie nadal nie wiedzą, dlaczego procedura Yamanaka działa-nawet po dziesięciu latach nie rozumieją mechanizmu. Uważamy więc, że jajo lepiej odwraca różnicowanie w porównaniu z nadekspresją czynników transkrypcyjnych, i dlatego uważamy, że gdybyś wiedział, jakie są wszystkie składniki jaj i wiedział, jak je wymienić z tymi somatycznymi, nie potrzebowałbyś czynników Yamanaka. Dlatego aktywnie badamy mechanizm przeprogramowywania przez jajo, stosując tę samą procedurę, co 60 lat temu, ale z wieloma nowymi sposobami jego badania. Dla mnie jest to przykład interesującej zasady, że praca, która została wykonana w jednym czasie, może mieć późniejsze, znacznie większe znaczenie w świetle późniejszych postępów.

aktywnie badamy mechanizm przeprogramowywania przez jajo, stosując tę samą procedurę, co 60 lat temu, ale z całym mnóstwem nowych sposobów jego badania

i jakie jest twoje obecne zrozumienie molekularnych mechanizmów przeprogramowywania przez jajo?

jest to prawie na pewno spowodowane wysokim stężeniem w jajku składników chromatyny, zwłaszcza histonów. Istnieje wiele wariantów histonów pod względem ich modyfikacji,a wiele z naszych ostatnich prac opisuje zmiany histonów, które są narzucane przez jajo na przychodzące jądro. Ta zmiana chromatyny jest być może pierwszym kluczowym etapem-istnieje konkretny wariant histonu obecny w jajach, który jest bardzo ważny i jest prawdopodobne, że zastąpienie dorosłych składników chromatyny przez te obecne w jajku jest ostatecznie tym, co pomaga spowodować zmianę.

istnieją dwa aspekty tego problemu. Po pierwsze, w jaki sposób jajo wykorzystuje swoje składniki, aby zastąpić składniki jądra somatycznego i odmłodzić je? Po drugie, dlaczego przeprogramowanie nie działa idealnie? Chciałbym to zilustrować w ten sposób: jest walka między jajem, próbującym zmienić wszystko z powrotem w stan embrionalny, a jądrem somatycznym, które ma być dokładnie odwrotne – ma się nie zmieniać. Większość naszych komórek się nie zmienia i bardzo ważne jest, aby komórki były wyjątkowo stabilne. Więc jajo próbuje obalić jądro, a jądro próbuje mu się oprzeć; są to obecnie dwie uzupełniające się części naszego projektu badawczego.

aby to uzupełnić, patrzymy również na zmiany zachodzące w jądrze plemnika, które sprawiają, że jest on tak niezwykle podatny na przeprogramowanie; ostatecznie chcielibyśmy przekształcić jądro somatyczne w ten sam stan co plemnik, a następnie przeprogramowanie powinno działać bardzo dobrze.

chociaż myślę, że większość czytelników będzie zaznajomiona z Twoimi eksperymentami przeprogramowywania, chciałbym omówić niektóre z twoich innych prac. W serii prac z Lat 70. badał Pan translację wstrzykniętego RNA w oocytach żab: możesz nam coś powiedzieć o tej pracy?

eksperyment, który bardzo mnie wtedy zachwycił i nadal tak jest, to wstrzyknięcie Posłańca RNA (mRNA)do jaj. Wykonywałem tę pracę, gdy ludzie, zwłaszcza Hubert Chantrenne w Belgii, po raz pierwszy wyizolowali mRNA. Byłem dobrym przyjacielem wspaniałego człowieka o imieniu Jean Brachet i powiedziałem mu, że to, co naprawdę chciałbym zrobić, to przeszczepić nie jądra, ale mRNA w jaja. Przedstawił mi Chantrenne, która robiła królicze globiny RNA i dał nam trochę, dzięki Brachetowi. Materiał był znany jako niezwykle wrażliwy na RNase, więc prawie musiałeś kąpać się w kwasie chromowym, zanim cokolwiek dotknąłeś! Gdybym zaproponował ten eksperyment jako dotację, zostałby odrzucony, ponieważ jajo było znane jako pełne rybonukleaz: umieszczenie wrażliwego mRNA w środowisku rybonukleinowym nie miałoby sensu. Mimo to udało się i zdumiewająco dobrze – wiadomość globina przerodziła się w jaja, a zanim jajka zamieniły się w kijanki, wciąż wytwarzano globina królika. Prawie na pewno powodem sukcesu jest to, że mikroinjekcja nie otwiera lizosomów, gdzie rybonukleazy są podzielone. Jest jeszcze jedna interesująca zasada: kiedy ktoś mówi, że coś nie zadziała, o wiele lepiej spróbować, niż wierzyć mu na słowo. A zastrzyk mRNA okazał się bardzo przydatnym podejściem do wszelkiego rodzaju pytań. Te eksperymenty RNA były tak naprawdę pochodną technologicznych wyników transferu jądrowego – jeśli działa na jądra, co jeszcze można przenieść? Eddy de Robertis i ja mieliśmy nawet gazetę nazywającą jajo Xenopus żywą probówką.

byłeś również zainteresowany procesem indukcji i zidentyfikowałeś „efekt wspólnotowy” w indukcji mezodermy Xenopus. Jaka jest podstawa tego efektu?

od wielu dziesięcioleci ludzie przeszczepili tkankę-weź kawałek tkanki i przeszczep ją na inny gospodarz. Ale tkanka składa się oczywiście z wielu komórek, które mogą nie być wszystkie takie same, i dla mnie zawsze było pożądane, aby zrobić przeszczep pojedynczej komórki. Robiłem wiele z tych rzeczy, przenosząc pojedyncze komórki progenitorowe z jednej części zarodka do drugiej, ale nigdy nie udało mi się to uruchomić – komórki zawsze umierały. Musi być jakiś powód, dla którego można z powodzeniem przeszczepić wiele komórek, ale nie pojedyncze komórki. To doprowadziło mnie do wykonywania zastrzyków z coraz mniejszej liczby komórek. Okazało się, że przeszczepione komórki uwalniają wydzielane cząsteczki – na przykład białka sygnalizacyjne – które są im niezbędne do zrobienia czegokolwiek w gospodarzu. Pojedyncza komórka ma trudności z robieniem wiele z tym, co wydziela-stężenie jest zbyt niskie – ale wiele komórek zbuduje wystarczająco wysokie stężenie, aby faktycznie działać. Ten „efekt wspólnotowy” jest nieco analogiczny do wykrywania kworum zidentyfikowanego u bakterii.

Jaka jest twoja perspektywa na to, gdzie Biologia rozwojowa jako dziedzina jest dzisiaj? Jakie są luki w naszym zrozumieniu i co musimy zrobić, aby je wypełnić?

mój własny pogląd na rozwój jest taki, że trzeba próbować zawęzić rzeczy do pojedynczych jednostek, czy to komórka, czy jądro, czy cząsteczka, i często jestem wyśmiewany, ponieważ zawsze pytam ludzi, w jakiej koncentracji jest ich cząsteczka, a oni mówią, że to nie ma znaczenia.

powiedziałbym, że koncentracja i czas to dwie kluczowe rzeczy w rozwoju. Musisz znać stężenie i musisz wiedzieć, jak długo musi tam być, aby coś zmienić – ponieważ dla komórek, określone stężenie cząsteczki przez kilka sekund może nie być takie samo jak stężenie przez 10 minut. Uznałbym więc, że w biologii rozwoju brakuje nam obecnie jakiejkolwiek zdolności do określania stężenia białek, analogicznej do pomiaru kwasów nukleinowych przy użyciu PCR.

z własnego doświadczenia zaangażowałem się w eksperymenty na białku zwanym Aktywiną, cząsteczce TGF-β. Zadziwiające – I nadal lubię ten eksperyment – można wziąć komórki blastuli, całkowicie dysocjować je w zawiesinie, a następnie dodać Aktywinę w znanym stężeniu przez znany czas. Następnie myjesz komórki i pozwalasz im się ponownie regregować i pytasz, jak się różnicują. Okazało się, że wynik – czy komórki te wytwarzają ektodermę, mezodermę czy endodermę – zależał nie tylko od ilości aktywiny, ale także od czasu, w którym wykąpałeś w niej komórki. To była interesująca zasada, że koncentracja i czas mogą mieć zupełnie inne efekty w zależności od tego, który zmienisz i o ile.

ale aby naprawdę zrozumieć takie niesamowite zjawiska in vivo, wiedza o stężeniu białek będzie naprawdę ważna i myślę, że w tej chwili zupełnie jej brakuje. W przyszłości będziemy stopniowo pracować z pojedynczymi komórkami, znanymi stężeniami, znanymi ilościami czasu, a potem będziemy mogli zrozumieć, co dzieje się w tych zdarzeniach różnicowania.

koncentracja i czas to dwie kluczowe rzeczy w rozwoju

Twoja praca prawdopodobnie będzie najbardziej klinicznie wpływowa w dziedzinie wymiany komórek – co sądzisz o obecnych wyzwaniach i perspektywach?

myślę, że perspektywy wymiany komórek są bardzo dobre, ale postęp naukowy może być utrudniony przez inne rzeczy. Często używam przykładu związanego z wiekiem zwyrodnienia plamki żółtej, gdzie fotoreceptory umierają, a więc oślepniesz. Te fotoreceptory są obsługiwane przez barwnikowe komórki nabłonka siatkówki, a naukowcy w Londynie i gdzie indziej mogą wykorzystać procedurę Yamanaka do tworzenia cienkich warstw komórek nabłonka, a następnie wstawić je do oka w procesie, który nie jest bardziej skomplikowany niż wymiana soczewki. Kiedy o tym mówię, ludzie podchodzą do mnie i pytają, Kiedy mogą to zrobić. Odpowiedź jest taka, że nie wolno im, a powód, moim zdaniem, wraca ostatecznie do kwestii prawnych. Jeśli coś pójdzie nie tak, prawnicy będą walczyć o ogromne kwoty odszkodowania. Jeśli wykonasz tę procedurę sto razy, a raz pójdzie źle-dziewięćdziesiąt dziewięć osób zyska ogromnie, nie ślepnąc, ale jeden dostanie tak ogromną nagrodę finansową, że Zawód medyczny będzie się od tego unikał. Myślę, że jest to prawdziwe wyzwanie dla tej dziedziny – opór lekarzy ze względu na potencjalne konsekwencje prawne i finansowe.

już wcześniej mówiłeś o znaczeniu poradnictwa Twój promotor, Michael Fischberg, i wielu twoich podopiecznych mówiło o tobie jako o wielkim mentorze. Jaki jest styl przywództwa Gurdona?

cóż, byłbym tutaj bardzo samokrytyczny – nie siadam ze wszystkimi przez godzinę w tygodniu, aby przeglądać ich wyniki, po prostu czekam, aż zobaczę ich przy kawie i pytam, jak leci. Więc muszę być strasznie złym mentorem w tym sensie, że tak naprawdę nie robię regularnej i metodycznej kontroli rzeczy. Ale lubię myśleć, że ludzie dostaną coś po prostu ze zwykłej rozmowy. Ktoś taki jak Doug Melton był naprawdę fantastycznym kolegą, ale to wszystko dzięki jego własnym zdolnościom-nie mogę myśleć, co ode mnie dostał! Po prostu staram się przekonać ludzi przychodzących do mojego laboratorium do pracy nad wartościowym projektem, a następnie pozwolić im się tym cieszyć.

powinienem tylko skomentować, że Michael Fischberg naprawdę był niezwykłym i hojnym mentorem. Zlecił mi pracę nad transferem nuklearnym, mówiąc mi, że powinienem spróbować wszystkiego, co chcę, i był bardzo pomocny. Pierwszy artykuł o transferze nuklearnym – nie robił eksperymentów, ale był autorem i słusznie. Ale po tym, prawie ku mojemu zakłopotaniu, powiedział: „Weź komórki endodermy, ja wezmę resztę”. Nie był więc autorem kolejnych prac-był niezwykle hojny, naprawdę.

planowałem zapytać, czy nadal jesteś podłączony do ławki laboratoryjnej, ale otrzymałem odpowiedź, gdy przyjechałem dziś do Twojego biura, gdy zmieniałeś media na partię jaj Xenopus. Czy utrzymanie tego połączenia jest dla Ciebie ważne?

zawsze utrzymywałem swoją pracę w laboratorium, nawet gdy robiłem inne rzeczy, a nadal uczyłem transferu nuklearnego moich kolegów. To połączenie z ławką oczywiście nie jest realistyczne dla wszystkich, ale lubię myśleć, że robiąc to czasami odkrywasz rzeczy, które mogą nie być oczywiste. Nie ma sensu używać maszyn PCR czy tego typu rzeczy, a jeden z moich kolegów w tej chwili prowadzi dla mnie western blot. Ale praca w laboratorium, którą teraz wykonuję, jest bardziej zależna od prób znalezienia sposobów, aby te komórki zrobiły to, co chcę – i to jest coś, co dobrze znam.

czy Nagroda Nobla znacząco zmieniła twoje życie?

No tak, w tym sensie, że dostaję absurdalną ilość zaproszeń, która obecnie wynosi około 200 rocznie. Nie możesz sobie z tym poradzić – podróżuję mniej niż kiedyś i jestem raczej wybredny w stosunku do tego, co akceptuję. Dostaję wiele zaproszeń nie za mój wkład naukowy, ale raczej za raport szkolny, w którym mój magister biologii napisał, że nie będę miał szans na sukces jako naukowiec, a który jest oprawiony nad moim biurkiem. Ta historia zrobiła też duże wrażenie.

Wkrótce po przyznaniu Nagrody Nobla zdarzyło mi się być w Korei Południowej. Idąc ulicą, ktoś mnie zatrzymał i zapytał, Czy jestem Dr Gurdon, i powiedział mi, że moje zdjęcie jest w gazecie. To było naprawdę niezwykłe, zasięg, że nagroda dostał. Oczywiście miło jest też, że ludzie doceniają moją pracę i Yamanakę, i że ludzie mówili o przeprogramowaniu.

czy jest coś, co czytelnicy byliby zaskoczeni, gdyby dowiedzieli się o Tobie?

uważam, że ważne jest, aby zachować odpowiednią kondycję i zdrowie. Zawsze interesowałem się różnymi zajęciami sportowymi, w szczególności narciarstwem, łyżwiarstwem i squashem, które były moimi głównymi zajęciami, chociaż w ostatnich latach zwróciłem się do tenisa ze squasha.

ale przypuszczam, że to, co może zaskoczyć czytelników, to to, że jestem kompletnym nie-intelektualistą. Po prostu nie czytam książek, nienawidzę czytać i nie chodzę też do teatru. Jeśli zostanę zapytany, dlaczego nie lubię czytać, powiem, że zajmuje to dużo czasu, o wiele łatwiej jest porozmawiać z kimś, kto przeczytał książkę i poprosić o podsumowanie! Nie interesuje mnie fikcja, to nie dla mnie. Więc naprawdę jestem ostatecznym nie-intelektualistą.