תומאס צ'ק

תומאס רוברט צ'ק (באנגלית: Thomas Robert Cech; נולד ב-8 בדצמבר 1947) הוא כימאי אמריקאי, שזכה יחד עם סידני אלטמן בפרס נובל לכימיה על גילוי התכונות הקטליטיות של ה-RNA. צ'ק הראה כי ה-RNA יכול לבצע בעצמו חיתוך של מקטעי RNA, וזאת ללא עזרה חיצונית מחלבונים. ממצא זה תומך בהשערת עולם ה-RNA שגורסת כי החיים התפתחו מבחינה ביולוגית מ-RNA, ומאוחר יותר נוספו החלבונים וה-DNA. בנוסף הוא עסק בחקר טלומרים, הקצוות של הכרומוזומים שמגינים על שלמותם. במעבדתו התגלה האנזים טלומראז רוורס טרנסקריפטאז (TERT), שמשתתף במנגנון שתפקידו להשלים את אורכו של הטלומר לאחר התקצרות בזמן חלוקת התא. בנוסף, עסק בקידום החינוך המדעי והוראת הכימיה. צ'ק נולד בשיקגו שבארצות הברית למשפחת מהגרים שמקורה בצ'כיה. הוא גדל באיווה סיטי וב-1966 החל ללמוד בגרינל קולג' (Grinnell College), שם פגש את אשתו, קרול (Carol Lynn Martinson). ב-1975 קיבל דוקטורט מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, ובאותה שנה קיבל משרה של פוסט-דוקטורט במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. ב-1978 התקבל לעבודה באוניברסיטת קולורדו, שם לימד כימיה וביוכימיה. במשנת 2000 מונה לנשיא המכון הרפואי הווארד יוז (אנ') ‏(HHMI) שבמרילנד, במקביל לניהול מעבדתו. ב-2009, פרש מהניהול של ה-HHMI, על מנת לחזור לחקור וללמד. מחקריו הראשונים של צ'ק לאחר פתיחת מעבדה בשנות ה-70 היו על rRNA, שהוא RNA ריבוזומלי שקשור למערכת התרגום התאית. כיוון שזהו ה-RNA הנפוץ ביותר בתא וההגברה שלו גדולה במיוחד, היה ניתן לבודדו. באותה תקופה הוא חקר אינטרונים שקיימים ב-DNA שיוצר את ה-RNA הריבוזומלי. הם רצו לראות את הביוסינתזה של אותם rRNAs. הם מצאו שיש יצירה של מולקולות RNA באורכים שונים, אחד באורך ארוך והשני - קצר. כך למעשה מצאו שיש שחבור, תהליך שאושר קודם לכן in vitro שקיים בהקשר של tRNAs של שמרים. תחום מחקרו העיקרי של צ'ק הוא עיבוד תהליך התעתוק בגרעין התא. הוא חקר את הקוד הגנטי של ה-DNA, ואת תהליך הפיכתו ל-mRNA. בשנות ה-70, חקר צ'ק את תהליך השחבור, תהליך בו מוצאים קטעים מה-mRNA ליצירה של mRNA בוגר, באורגניזם החד-תאי Tetrahymena thermophila. הוא עשה ניסויים in vitro וראה שהפעילות של החיתוך ממשיכה גם מחוץ למערכת התאית. במעבדתו בודדו את הרכיבים השונים שהיו בתמיסה ובדקו מה המינימום של הרכיבים שיאפשר את הפעילות. הם מצאו שיש צורך רק במגנזיום כלוריד ומולקולת ה-RNA עצמה. בכך מצאו שמולקולות RNA יכולות לזרז את תהליך החיתוך של עצמן, ללא עזרה מחלבונים. בהמשך של אותו מחקר, מצאו שלצורך החיתוך יש גואנין באינטרון שנחתך ומוצא החוצה, ובמעבדה אחרת הראו שאין גואנין ברצף שקודם לחיתוך, שהוא סוף האקסון. הם הבינו את מנגנון החיתוך, ולאחר שלא הצליחו למצוא אנזים חלבוני שעושה את זה, ניסו לבדוק אם התהליך יכול להתרחש באמצעות מולקולת RNA. הם יצרו RNA מלאכותי והראו שהוספה של גואנין לרצף סופה היה חיתוך של ה-RNA. לצורך כך, הם הדגירו את ה-RNA שהופק מ-Escherichia coli עם RNA פולימראז, שידעו שמעכב את השחבור. אחרי שה-RNA נוצר, הם הוסיפו את GTP ומלחים ובהם MgCl וראו שיש חיתוך של ה-RNA גם בתנאים דנטורטיביים עבור חלבונים. כמו כן, אתר החיתוך בניסוי in vitro היה אותו אתר כמו זה שהיה בתאים החיים. במעבדתו הראו במקביל שתהליך הציקליזציה (cyclization) של חומצות גרעין מתרחש אף הוא ללא עזרה של אנזים חלבוני. בהמשך הם הראו ששני התהליכים קשורים ושהמנגנון באמצעותו תהליך השחבור של ה-RNA שלהם קורה הוא באמצעות ציקליזציה. ניסוי זה שפורסם ב-1982 היה הראשון להראות ש-RNA לא מוגבלים רק להעברה של החומר הגנטי לביטוי בצורת חלבון, וכי יש להם פעילות קטליטית שיכולה לשחק תפקיד חשוב בתאים. עיבוד מולקולות RNA, כמו גם תרגום ה-mRNA לחלבון בריבוזום, הם דוגמות לתהליך הזירוז שמולקולות RNA יכולות לעשות מולקולות RNA. אנזימים שהם מולקולות RNA מכונות ריבוזימים ומאז גילויים הם נחקרים בצורה נרחבת. בין יתר הפעילויות שלהם שנחקרות יש את היכולת לחתוך RNA ויראלי, ובכך יכולה להיות להם חשיבות לצורך פיתוח תרופות. מאז המחקר התגלו תפקידים נוספים של RNA, ובהם בקרה על ביטוי והשתקת גנים, ופעילויות דומות כריבוזים התגלו באורגניזמים רבים נוספים, החל מפרוקריוטים וכלה באאוקריוטים. מאוחר יותר, לאחר פתרון מבנה הריבוזום על ידי עדה יונת, באה ההוכחה החותכת של-RNA יכול להיות תפקיד של ריבוזים. ב-1984 בדקו במעבדתו חומרים שדומים בתכונותיהם הכימיים ל-GTP, וראו שהפעילות שלהם משתנה ביחס אליו. כך הגיעו למסקנות בקשר לחשיבות של חלקים שונים של המולקולה בפעילות שלה. מאוחר יותר הם מצאו את המנגנון של השחבור ברמה המולקולרית. מציאה של ריבוזימים חיזקה גם את השערת עולם ה-RNA, שאומר שהחיים התפתחו תחילה מ-RNA, ורק מאוחר יותר נוספו החלבונים וה-DNA. מאז מחקריו אלה, הרחיב צ'ק את מחקריו למחקר על מנגנונים נוספים של RNA לא מקודד וקופלקסים נוספים בהם יש RNA וחלבון. בין היתר חוקרת המעבדה שלו את הטלומרים, מבנים שמגנים על קצוות ה-DNA מהתקצרות, ואת הבקרה עליהם. טלומרים תקינים מתקצרים עם כל חלוקה של ה-DNA, ובכך מגבילים את כמות החלוקות של תא בודד. מחקריו של צ'ק התמקדו בטלומראז, אנזים שמשכפל את הרצפים הטלומריים ומאריך אותם ויוצר קומפלקס של RNA וחלבון. לטלומראז יש חלק שהוא רוורס טרנסקריפטאז, אזור שחשבו קודם לכן שהוא ייחודי בגנום לטרנספוזונים. החשיבות הגדולה של מחקרים אלה היא בתצופה הרחבה של טלומראז בתאים סרטניים ולכן חושבים שהפרעה לפעילות של אנזים זה יכולה לשמש כתרופה אנטי-סרטנית. במעבדתו, החלו לחקור את הטלומראז באמצעות בידודו מהפרוטוזואה Euplotes, ומצאו את החלק שהוא רוורס טרנקריפטאז, שבהמשך נמצא ביצורים נוספים. לאחר מכן, עבר מושא המחקר של המעבדה לקומפלקסים כאלה שהם ספציפיים ליצורים, כגון חלבון שנקשר לטלומרים ב-Oxytricha nova. זמן מה לא היה ברור אם יש חלבונים כאלה גם בבני אדם, ובמעבדתו מצאו, ריצפו ופתרו את המבנה של Protection of telomeres protein 1 ‏(POT1), חלבון שמגן בבני אדם על הטלומרים. בהמשך מצאו במעבדה אחרת את Tripeptidyl peptidase I ‏(TPP1), ומצאו שיחד עם POT1, החלבון מגייס את הטלומראז, ומאז הם חוקרים את המנגנון המולקולרי של גיוס זה. מחקרים נוספים שיש במעבדתו הם על חלבון שמדכא Polycomb ‏(Polycomb Repressive Complex 2, ‏PRC2), משפחה של חלבונים להם יש חשיבות בבקרה על השתקת גנים. לפי המודל שהם מציעים, PRC2 נצמד ל-RNA בצורה לא ספציפית, ובכך מאפשר השתקה אפיגנטית של הכרומטין תוך התעלמות מאזורים בכרומטין שיש עליהם סמנים רבים לאקטוב. בנוסף על כך, חוקרים במעבדתו את החלבון Fused in Sarcoma ‏(FUS), חלבון לו תפקידים רבים שהוא חלק ממערכת ה-Heterogeneous ribonucleoprotein particle. להלן רשימה חלקית של הפרסים בהם זכה צ'ק: 1985 - מלגת גוגנהיים 1987 - חברות באקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית 1987 - פרופסורה לכל החיים מטעם החברה האמריקנית לסרטן 1988 - פרס לסקר למחקר בסיסי 1988 - חברות באקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים 1989 - פרס נובל לכימיה 1995 - המדליה הלאומית למדעים מדיה וקבצים בנושא תומאס צ'ק בוויקישיתוף אתר האינטרנט הרשמי של תומאס צ'ק (באנגלית) תומאס צ'ק, באתר פרס נובל (באנגלית) תומאס צ'ק, באתר גוגל סקולר אתר המעבדה של צ'ק (באנגלית) הדף של צ'ק באתר -HHMI (באנגלית) הרצאה קצרה על גילוי הריבוזים(באנגלית) תומאס צ'ק, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) Thomas R. Cech, Arthur J. Zaug, Paula J. Grabowski, In vitro splicing of the ribosomal RNA precursor of tetrahymena: Involvement of a guanosine nucleotide in the excision of the intervening sequence, Cell 27, 1981-12-01, עמ' 487-496 doi: 10.1016/0092-8674(81)90390-1 Kelly Kruger, Paula J. Grabowski, Arthur J. Zaug, Julie Sands, Self-splicing RNA: Autoexcision and autocyclization of the ribosomal RNA intervening sequence of tetrahymena, Cell 31, 1982-01-11, עמ' 147-157 doi: 10.1016/0092-8674(82)90414-7 Brenda L. Bass, Thomas R. Cech, Specific interaction between the self-splicing RNA of Tetrahymena and its guanosine substrate: implications for biological catalysis by RNA, Nature 308, 1984-04-26, עמ' 820-826 doi: 10.1038/308820a0