פרס נובל בפיזיולוגיה או ברפואה הוענק הפעם לשלושה מדענים עבור הישגיהם פורצי הדרך בחקר בקרת מחזור התא. שלושת הזוכים הם: ללנד הרטוול,
פול נרס וטימותי הנט.
ללנד הרטוול (Hartwell) נולד ב-1939 וסיים את לימודיו במכון הטכנולוגי במסצ'וסטס, ארה"ב. כיום מנהל ונשיא מרכז האצ'ינסון (Hatchinson)
לחקר הסרטן בסיאטל.
פול נרס (Nurse), יליד 1949, עשה את עבודת הדוקטור באוניברסיטה של מזרח אנגליה. מכהן כראש המעבדות לחקר מחזור התא בקרן המלכותית לחקר
הסרטן באנגליה.
טימותי הנט (Hunt) נולד ב-1943, סיים את לימודיו באוניברסיטת קיימברידג' ומכהן כמדען ראשי במעבדות Clare Hall בקרן המלכותית לחקר הסרטן
באנגליה.
כל השלושה התמקדו בלימוד תרכובות המפתח והתהליכים הנוטלים חלק בבקרת מחזור התא וחלוקתו.
יצור רב-תאי המתרבה ברביה מינית מתחיל את חייו כתא אחד שנוצר בעקבות הפריית ביצית על-ידי תא זרע (זרעון). הביצית המופרית מתחילה להתחלק,
ובעקבות חלוקות חוזרות ונשנות נוצר מספר התאים האופייני לכל יצור רב-תאי; גופו של אדם בוגר, לדוגמה, מכיל כ-100 טריליון (=100
אלף-מיליארדים = 100 מיליון מיליונים) תאים. גם בגופם של בעלי-חיים בוגרים נמשך תהליך חלוקת התאים - תאים חדשים מחליפים את מקומם של
תאים שמתו. שיבוש כלשהו בתהליכי הבקרה במחזור התא עלול לגרום לחלוקה לא מבוקרת של תאים, חלוקה משובשת שתפגע קשות, ולעתים בצורה
פטאלית, בבעל החיים. התגליות של שלושת הזוכים מקיפות את תהליכי בקרת מחזור התא ביצורים איקריוטים (שתאיהם מכילים גרעין) - כולל
שמרים, צמחים, בעלי-חיים ואדם. גרעין התא, המכיל בתוכו את ה-DNA מוקף בקרומית דקיקה, המפרידה את החומר הגנטי האחראי על התורשה משאר
חלקי התא.
מחזור התא כולל מספר שלבים. בשלב הראשון (G1; G מלשון growth, גדילה) התא גדל עד שהוא מגיע לגודל אופייני. אז הוא נכנס לשלב הבא (S;
מלשון סינתיזה, בניה), שלב בו מתבצעת סינתיזת ה-DNA, החומר הגנטי. בשלב זה מכפיל התא את החומר התורשתי על-ידי יצירת עותק נוסף
(כרומטידה) לכל כרומוזום. במהלך השלב הבא (G2) נעשית בתא "בקרת איכות" - בדיקה של ה-DNA באמצעות אנזימים מתאימים. כשתהליך שכפול
ה-DNA הושלם מכין התא את עצמו לחלוקה. בשלב זה, שלב המיטוזה (M), נפרדות שתי הכרומטידות שבכל כרומוזום זו מזו והתא מתחלק לשני
תאי-בת, כשכל תא מכיל מערכת זהה של כרומוזומים. אחרי החלוקה חוזרים התאים לשלב G1 ומחזור התא מושלם. ברבים מן התאים האנימליים (תאי
בעלי-חיים ואדם) משך מחזור-התא הוא בסביבות 24 שעות. אולם לא כל התאים שנמצאים בשלב G1 ממשיכים לשלב הבא במחזור-התא. יש תאים, כמו
למשל תאים שעומדים לפני התמיינות לסוג ספציפי של תאים, שיוצאים ממחזור התא ועוברים לשלב מנוחה (G0) נקודה בזמן בה "מחליט" התא אם
להמשיך במחזור או להיכנס לשלב המנוחה מכונה נקודת בדיקה (Checkpoint); נקודת בדיקה אחרת היא לפני הכניסה למיטוזה.
בכל היצורים בעלי הגרעין צריכים להיות מנגנונים האחראיים על תיאום מדוקדק בין כל השלבים במחזור-התא. השלבים חייבים לעקוב זה אחר זה בסדר
הנכון כשכל התהליכים בשלב אחד צריכים להסתיים לפני תחילת השלב הבא. כל פגיעה בתיאום תגרום לשינויים כרומוזומליים, לחלוקה לא שווה של
הכרומוזומים בין שני תאי הבת, או לחלוקה לא מבוקרת של התאים.
שלושת הזוכים בפרס תרמו לפענוח המנגנון המפקח ברמה המולקולרית על הדרך בה עובד התא משלב אחד לשלב הבא במחזור-התא.
רוב המחקרים נעשו בתחילה בשמרים שהם יצורים איקריוטים חד-תאיים, בעלי מחזור חיים קצר; יצורים נוחים מאוד לעבודת מחקר.
הפרס הוענק ל-לנד הרטוול עבור גילוי קבוצת גנים המשתתפת בבקרת מחזור-התא. לאחד הגנים הנמנה על קבוצה זו, גן המכונה "start", תפקיד מרכזי
בבקרת השלב הראשון במחזור-התא. הרטוול חקר שמרי אפיה, כמודל מחקרי נוח. הוא השתמש בחומרים שונים הגורמים למוטציות בתאים ובודד שמרים
בהם שונו הגנים האחראיים על בקרת מחזור-התא. הוא הצליח לזהות יותר ממאה גנים כאלה, אותם כינה "גנים של חלוקת התא". כמו כן הטביע את
המושג "checkpoints", נקודות בקרה בשלבים מסוימים במחזור-התא. את נקודת הבקרה הראשונה גילה בעקבות שימוש בקרינה שפגעה ב-DNA. התא עצר
את מהלך המחזור, תיקן את הנזקים בעזרת מנגנוני תיקון שונים, ורק אז המשיך לשלב הבא במחזור.
תרומתו של פול נרס (Nurse) שזיכתה אותו בפרס היא בזיהויו, שיבוטו ואפיונו של אחד מאנזימי המפתח המשתתפים בבקרת מחזור התא. האנזים קיאנז
תלוי מחזור, קת"מ (cyclic dependent kinaz, CDK) מניע את התא קדימה במחזור התא באמצעות זירחון של חלבונים. זהו אנזים בעל חשיבות
קריטית, שנשמר בכל מהלך האבולוציה.
נרס השתמש במחקרו בסוג אחר של שמרים; הוא גילה את הגן שכינויו cdc2, שהוא בעל תפקיד מפתח במעבר משלב G2 לשלב המיטוזה (M). בשלב מאוחר
יותר מצא נרס שגן זה זהה לגן start שזיהה הרטוול כאחראי על המעבר משלב G1 ל-S. כך הסתבר שגן זה אחראי על בקרת המעבר בשלבים השונים של
מחזור-התא. ב-1987 בודד פול נרס את הגן המקביל באדם, גן המקודד יצירת חלבון ששייך למשפחה של בת כחצי תריסר חלבוני קת"מ (CDK).
טימותי הנט (Hunt) זכה בפרס על גילוי ה-cyclins - חלבונים שנקשרים אל האנזים קת"מ (CDK) וכך מבקרים את פעילותו. חלבוני הסייקלין מצטברים
עם הזמן, והריכוז שלהם בתא עולה עד שהוא מגיע ל"מאסה קריטית" - אז הם נקשרים למולקולות האנזים קת"מ. לאחר סיום תפקידם הסייקלינים
עוברים פירוק ומתחילים להיווצר מחדש לאחר כל חלוקת תא. שמם של חלבונים אלה מעיד על השינויים המחזוריים העוברים עליהם במשך מחזור התא.
הפירוק המחזורי של חלבוני הסייקלין מהווה מנגנון כללי חשוב במחזור התא - הצטברות חלבונים אלה היא "השעון" של מחזור-התא. טים הנט מצא
cyclins במינים ביולוגיים אחרים, ונוכח לדעת שגם חלבונים אלה נשמרו לאורך האבולוציה. כיום ידועים כ-10 חלבוני סייקלין באדם.
תגליותיהם של שלושת הזוכים אפשרו להבין את מנגנון הבקרה של מחזור-התא. הכמות של מולקולות הקת"מ קבועה במשך מחזור-התא אולם הפעילות משתנה
באמצעות הבקרה של ה-cyclins. מולקולות הקת"מ והסייקלינים ביחד מניעות את מחזור-התא משלב אחד לשני. מולקולות הקת"מ משולות למנוע בעוד
שהסייקלינים משולים לתיבת ההילוכים הקובעת האם המהלך יהיה מהלך-סרק או יניע את התא קדימה במחזור-התא.
היחס שבין מות התאים בגוף לבין יצירת תאים חדשים על-ידי חלוקה קובע את האיזון העדין השומר על מספר תאים קבוע בגוף הבוגר. פגיעה בפעילותם
של מנגנוני בקרת מחזור-התא עלול לגרום לחלוקה לא מבוקרת של התאים, לשיבוש האיזון כשהתוצאה היא מחלת הסרטן. ואכן הסתבר שהגנים
המקודדים את חלבוני הקת"מ והסייקלינים יכולים לתפקד כאונקוגנים - גנים שפגם בהם יכול לגרום לסרטן. פגיעות בגנים אלה נמצאו בגידולים
שונים בשד ובמוח, וגילוי החלבונים ופענוח תפקידם פתחו צוהר לדרכים חדשות לטיפול בסרטן. כבר היום נערכים ניסויים קליניים הבודקים
מעכבים שונים של מולקולות הקת"מ (CDK).
