Biolog ewolucyjny Jacek Radwan laureatem Narody FNP

FNP nagrodziła prof. Jacka Radwana za wykazanie roli ewolucyjnego mechanizmu optymalizacji zmienności genetycznej w kształtowaniu odporności na patogeny i tolerowaniu własnych antygenów.

Prof. Radwan zajmuje się szeregiem istotnych ewolucyjnie zagadnień, między innymi doborem i konfliktem płciowym, koewolucją pasożyt-żywiciel w tym, szczególnie intensywnie w ostatnich latach, ewolucją głównego układu zgodności tkankowej (MHC).

Badacz tłumaczy, że w odpowiedzi immunologicznej organizmu na działanie różnych patogenów biorą udział geny głównego układu zgodności tkankowej MHC. To one prezentują komórkom odpornościowym organizmu (limfocytom T) fragmenty białek znajdujących się w danej komórce. Wśród prezentowanych białek są jednak zarówno białka samej komórki, jak i białka patogenów. Limfocyty T, odpowiedzialne za odpowiedź odpornościową organizmu, mogą rozpoznać białka agresorów i unicestwić zainfekowaną komórkę lub stymulować produkcję przeciwciał.

Do rozpoznania białek limfocytom T służą receptory TCR. Receptory te występują w ludzkich organizmach w milionach wariantów. Dzięki temu limfocyty mogą rozpoznawać większość białek prezentowanych przez molekuły MHC.

Geny MHC pełnią w tym procesie kluczową rolę. Teoretycznie im byłoby ich więcej, a zatem im większa różnorodność białek MHC, tym też większa byłaby szansa organizmu na zaprezentowanie limfocytom białek patogenów i wywołanie reakcji odpornościowej. Jednak liczba takich genów w ludzkim organizmie nie jest zbyt okazała, co powoduje, że czasami nasze organizmy nie potrafią obronić się przed patogenami. Dlaczego tak się dzieje, dlaczego nasz organizm postawił na mniejszą liczbę MHC?

KOMPROMIS EWOLUCYJNY

Zespół kierowany przez prof. Radwana jako pierwszy doświadczalnie zbadał istniejącą już wcześniej hipotezę, że istnieje ewolucyjny kompromis pomiędzy liczbą genów MHC, a liczbą receptorów TCR, umożliwiających likwidację patogenów.

Według tej hipotezy większe zróżnicowanie wariantów MHC umożliwiłoby zaprezentowanie większej liczby antygenów należących do patogenów, ale też prawidłowych białek organizmu. Komórki prezentujące własne, prawidłowe białka nie wywołują zwykle reakcji odpornościowej, ponieważ limfocyty noszące TCR, które mogłyby się z nimi wiązać i powodować autoagresję, są usuwane z organizmu na wczesnych etapach rozwoju układu odpornościowego. Postulowano więc, że dobór naturalny powstrzymuje dodawanie do naszych genomów kolejnych wariantów genów MHC, ponieważ prowadziłoby to do usuwania zbyt wielu limfocytów, ograniczając w ten sposób możliwość prawidłowej reakcji opornościowej przeciw patogenom i de facto osłabiając nasze organizmy.

Empiryczne testowanie tej hipotezy stało się możliwe dzięki metodzie identyfikacji milionów wariantów TCR przy użyciu wysokowydajnego sekwencjonowania DNA. Zespół prof. Radwana wniósł istotny wkład w opracowanie tej metody. Rozpoczęte w 2017 roku prace wykorzystały ją w badaniach prowadzonych na nornicy rudej, którą wybrano jako model ze względu na wyjątkowo duże międzyosobnicze zróżnicowanie liczby genów MHC w genomach.

Naukowiec potwierdził, że istnieje ewolucyjny kompromis między MHC a TCR. Wykazał, że większa różnorodność MHC klasy I, które wiążą białka wirusów i innych patogenów wewnątrzkomórkowych, związana była z mniejszym repertuarem receptorów TCR. Wyniki badania opublikowano w piśmie PNAS.

Badania wykazały również, że związek z różnorodnością TCR nie występuje w przypadku liczby genów MHC klasy II, które wiążą białka patogenów zewnątrzkomórkowych, takich jak wiele bakterii. Wyjaśnienie tej zaskakującej różnicy będzie kolejnym wyzwaniem dla badaczy, podobnie jak odpowiedź na pytanie, dlaczego osobniki męskie mają mniejszy repertuar TCR niż żeńskie, co także stwierdzono w badaniach.

Jacek Radwan jest absolwentem Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego, tam kontynuował karierę naukową. Tam też w 1992 roku uzyskał stopień doktora, a pięć lat później doktora habilitowanego. Był związany zawodowo z Instytutem Nauk o Środowisku Uniwersytetu Jagiellońskiego, Instytutem Biologii Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie, Instytutem Ochrony Przyrody PAN. Od 2012 roku pracuje na Wydziale Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Od 2020 roku jest członkiem korespondencyjnym Polskiej Akademii Nauk. Pełni też funkcję zastępcy przewodniczącego Komitetu Biologii Środowiskowej i Ewolucyjnej PAN.

Jako stypendysta prowadził badania na Uniwersytecie Oksfordzkim i University of Sheffield, w Max Planck Institute for Behavioural Physiology w Niemczech (stypendium Humboldta) i na University of New Mexico w USA (w ramach Programu Fulbrighta). Otrzymał też subsydium profesorskie w programie MISTRZ – Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz nagrodę ministra nauki i szkolnictwa wyższego za osiągnięcia naukowe.

Prof. Radwan opublikował 121 artykułów, cytowanych ponad 3,5 tys. razy. Jego artykuły były cytowane odpowiednio 340 i 343 razy w ostatnich dwóch latach. Był również redaktorem polskiego tłumaczenia książki „Ewolucja” Douglasa J. Futuymy, która jest fundamentalnym podręcznikiem biologii ewolucyjnej dla studentów.

PAP - Nauka w Polsce

kol/ ekr/