Рита Леви-Монтальчини: как растут нейроны

Героиня этого рассказа прожила очень долгую жизнь. Самую долгую среди всех нобелевских лауреатов. Женщина, ставшая ученым вопреки запрету Муссолини и запрету отца. Пожизненный сенатор Италии. Руководитель, чей институт финансировался отдельной строкой из бюджета страны. Человек, который, разменяв сотню лет, продолжал активную жизнь и сохранил яснейший ум и остроту мысли. Встречайте Риту Леви-Монтальчини, одну из десяти женщин — нобелевских лауреатов по медицине. Формулировка Нобелевского комитета: «в знак признания открытий, имеющих важнейшее значение для раскрытия механизмов регуляции роста клеток и органов».

Предполагала ли маленькая итальянская девочка из интеллигентной еврейской семьи Рита Леви, учась в гимназии для молодых особ, что судьба подготовила для нее статус старейшего лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине? Вряд ли. Под большим вопросом был даже факт ее будущей принадлежности к науке. Тем не менее, преодолев все многочисленные преграды, она добилась мирового признания итальянской науки — несмотря на то, что много лет жила и работала в Америке. А главное — открыла ученой общественности доступ в таинственный и неведомый прежде мир специфических молекул, которые необходимы для роста и развития высокоорганизованных тканей, — факторов роста. Не зря ее в 2001 году наградили почетным званием пожизненного сенатора Италии, чего могут удостоиться лишь бывшие президенты и граждане, прославившие страну достижениями в науке или искусстве.

С самого детства будущего нейробиолога окружала атмосфера высокой духовности, культуры и интеллигентности. Ее мать, Адель Монтальчини, была талантливой художницей из Асти (столица итальянской провинции Асти, ничего общего с молодой поп-исполнительницей ASTI и известным алкогольным напитком), а отец, Адамо Леви, — высокообразованным математиком и инженером-электриком из Казале-Монферрато (живописный город севера Италии). Они оба любили искусство, классическую музыку и книги. Вспомним другого нейробиолога — Чарльза Скотта Шеррингтона, о котором мы уже писали [1], — это идеальная колыбель для проявления и развития всех талантов. Так и вышло: трое из четырех детей в семье обрели признание и известность. Джино (Луиджи) Леви-Монтальчини стал известным архитектором, по мнению современников — одним из лучших. Сестра-близнец — Паола Леви-Монтальчини — добилась больших успехов в изобразительном искусстве. Ну а героиня нашей статьи и вовсе стала нобелевским лауреатом.

Однако поначалу не всё было так уж радужно. Старшей сестре Анне и сестрам-близнецам Паоло и Рите оказалось нелегко найти себя. Отец, о котором А. С. Пушкин написал бы «мой дядя самых честных правил», придерживался патриархальных идеалов и считал, что негоже девушкам заниматься такими вздорными для их пола вещами, как профессиональная карьера и наука. Женщина, по его мнению, должна быть, конечно же, образованной и «мудрой — не для саморазвития, но для самоотречения». Богатый жизненный опыт позволял ему так считать, но Рита, никогда не чувствовавшая в себе готовности к браку и материнству, отчаянно не соглашалась с подобным положением вещей. Уверенности в том, что ей предназначено стать врачом, придала смерть от рака желудка очень близкого человека — гувернантки Джованны. Однажды вечером за чашкой чая она рассказала отцу о своем намерении, и под напором горящих глаз и отчаянных речей отцовские принципы были повержены. После восьми месяцев самоподготовки по латыни и биологии храбрая девушка поступила в медицинскую школу Туринского университета и в 1936 г. в возрасте 27 лет получила медицинскую степень, а в 1940 г. — еще одну, со специализацией по психиатрии и неврологии.

Первая моральная победа — поступление в университет — стала плацдармом для тренировки навыков ученого во всех возможных условиях, включая полевые. По окончании обучения Рита работала ассистентом у известного в то время гистолога и эмбриолога, своего однофамильца Джузеппе Леви (опять сходство с Шеррингтоном, который тоже начинал с гистологии), пионера в исследованиях культур клеток «в пробирке». Именно он открыл в юном медике нейроэмбриолога, пробудил интерес к этой области. И, как истинный учитель, поспособствовал тому, чтобы за ее плечами оказалась учеба в Брюссельском неврологическом институте, а также работа в неврологической и психиатрической клиниках Туринского университета. Кстати говоря, Леви стал «отцом» целых трех нобелевских лауреатов, которых обучал вместе. Только Рита Леви избрала «нервную» специальность, а Сальваторе Лурия и Ренато Дульбекко (рис. 1) — «вирусную».

Рисунок 1. Знаменитые ученики Джузеппе Леви. а — Сальваторе (англ. Сальвадор) Лурия (1912–1991). Итало-американский микробиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1969 года — за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов. Лурия показал, что устойчивость бактерий к фагам детерминируется генетически и наследуется. Первым наблюдал действие эндонуклеаз рестрикции E. coli в отношении фаговой ДНК; вместе с коллегами установил механизм антибактериального действия бактериоцинов — перфорирование мембраны. Одним из его студентов был Джеймс Уотсон. Лурия активно выступал против ядерных испытаний и войны во Вьетнаме, за что временно был внесен в «черный список» Национального института здоровья США, финансирующего медико-биологические исследования. б — Ренато Дульбекко (1914–2012). Итало-американский вирусолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1975 года — за открытия, касающиеся взаимодействия между онкогенными вирусами и генетическим материалом клетки. Дульбекко, Темин и Балтимор описали механизм трансформации нормальной клетки в опухолевую при заражении РНК-содержащими вирусами, открыли обратную транскрипцию, что привело, в частности, к созданию препаратов для борьбы с ВИЧ-инфекцией — ингибиторов обратной транскриптазы. Дульбекко добился значительных успехов и в выяснении роли раковых стволовых клеток в развитии карциномы молочной железы.

Интереса ради еще стоит добавить, что была у всех них одна общая черта, которая очень помешала работать именно в десятилетие между 1935 и 1945 годами. И учитель, и ученики были потомками Моисея, а попросту говоря, людьми еврейской национальности, что в те сложные годы фашизма ой как не приветствовалось.

В частности, в 1938 году «благодаря» Бенито Муссолини, подписавшему манифест о запрете евреям делать академическую и профессиональную карьеру, многим пришлось временно «выбыть из научной гонки». Вот и наша героиня занималась яйцами подпольно. Нет-нет, кур она не разводила и сельским хозяйством с горя не увлеклась. Дело в том, что ее научным интересам — а это был рост нервных волокон — вполне удовлетворяли куриные эмбрионы из-за простоты в изучении и неприхотливости к условиям. Их она и выращивала у себя в спальне, сначала в скромной квартире на окраине Турина, а затем и во Флоренции (куда пришлось сбежать от фашистов), везде собирая домашнюю настольную лабораторию. Вот она, настоящая наука «на пальцах» — было бы только желание.

Лишь после 1945-го исследовательница смогла вернуться к нормальным условиям работы, получив за годы войны, кстати говоря, очень любопытные результаты. Настолько любопытные, что ими даже заинтересовался Виктор Хамбургер (рис. 2), нейробиолог и эмбриолог из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (как и наша героиня, Хамбургер прожил более ста лет).

Рисунок 2. Виктор Хамбургер (1900–2001). Германо-американский зоолог, эмбриолог, нейробиолог. Изучал эмбриональное и постнатальное развитие цыплят, с акцентом на формировании и деятельности нервной системы. Разработал стандарты, позволившие сделать куриные эмбрионы новым модельным объектом. Работал с Ритой Монтальчини над открытием фактора роста нервов (NGF), однако Нобелевский комитет не посчитал нужным это учесть. На склоне лет он вновь обратился к NGF и установил его роль в «жизни» нейронов.

Находящаяся под сильным влиянием его работ Рита отослала в США собственноручно добытые данные о том, что для нормального развития нервной системы необходима гибель нервных клеток, только специальным образом запрограммированная. Как и всякая другая «вздорная» идея горячего молодого мозга, она поначалу воспринялась прогрессивной американской научной общественностью в штыки. Что всё же не помешало Хамбургеру пригласить Риту Леви в 1947 г. в Сент-Луис и сделать ее своим научным сотрудником в зоологическом отделении университета.

Похожими экспериментами на куриных эмбрионах ранее занимался американский анатом Элмер Буэкер, тоже ученик Хамбургера. Несколько видоизменив технику, исследователи сделали пересадку клеток саркомы мыши (как источника большого количества быстро делящегося материала) куриному эмбриону и обнаружили интересный факт: нервные клетки эмбриона проросли в ткань опухоли, причем достаточно быстро. Решили проверить, проявится ли тот же эффект без прямого контакта эмбриона и опухоли. Ожидания подтвердились: эффект обнаружился. Можно было предположить, что на рост нервов подействовало какое-то ранее не известное науке стимулирующее вещество, которое в опухоли содержалось в избытке — вот нейроны и «тянулись» к «источнику жизни».

Для дальнейшего изучения требовалось нечто более доказательное, чем куриный эмбрион. В те дни широко набирала популярность новая техника культуры тканей, за которой в 1952 г. Леви-Монтальчини отправилась в Рио-де-Жанейро к университетской подруге Грете Мейер. В бразильской лаборатории она занималась тем, что нарезала опухолевые мышиные ткани на кусочки для их культивирования в благоприятной среде из куриной крови и экстракта эмбрионов. Затем к этой смеси присоединяла чувствительные нервы эмбриона и выращивала в термостате получившийся конгломерат клеток. В первые 12 часов эксперимента нервные волокна начинали расти в направлении кусочков опухоли, а затем окружали их, образуя своеобразный венчик, — «как ручейки воды, упрямо протекающие сквозь груды камней» (по словам самой Монтальчини). На этом ученая мысль исследовательницы не остановилась, и дальнейшие эксперименты доказали, что экстракты опухолей не менее эффективны, чем сами опухоли. Значит, стимулирующее вещество всё-таки есть. Рита Леви назвала его nerve growth factor (NGF) — фактор роста нервной ткани (рис. 3) [2]. Впоследствии вспоминая о том времени, она шутила, что это был «один из самых интенсивных периодов в жизни, когда моменты энтузиазма и отчаяния чередовались с регулярностью биологического цикла».

Рисунок 3. Фактор роста нервов (NGF). Относится к семейству нейротрофинов, необходим для поддержания жизнеспособности нейронов, стимулирует рост и ветвление аксонов, предотвращает нейродегенерацию. NGF активно секретируется в ответ на воспаление и разрушение миелина. Нарушения продукции этого фактора связывают со множеством болезней нервной системы, расстройствами пищевого поведения и даже атеросклерозом и диабетом II типа. а — Структура мономера. Для этого секретируемого белка характерно формирование цистинового узла — закрученных друг вокруг друга β-слоев, связанных тремя дисульфидными связями (отмечены серыми прямоугольниками) между остатками цистеина. Обычно встречается в димерной форме. Рисунок из Энциклопедии науки и техники (Ит.). б — Структура димера. Широкие стрелки обозначают β-листы. в — Классы рецепторов (p75 и Trk), с которыми связывается NGF. Буквами обозначены домены рецепторов. Рисунок из genesdev.cshlp.org.

В 1953 г. произошло ключевое событие, направившее все последующие научные изыскания в нобелевское русло: к исследовательской группе присоединился американский биохимик и зоолог Стенли Коэн (рис. 4). Кстати, тоже еврей, сын русских эмигрантов. Как и подобает истинному химику-органику, он установил структуру неведомого вещества и обнаружил, что это — белок, который содержится в больших количествах в змеином яде и слюнных железах взрослых самцов мышей.

Рисунок 4. Стэнли Коэн (род. 1922). Американский биохимик и зоолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1986 года (совместно с Ритой Монтальчини) — за открытие ростовых факторов.

Белок имел в своей структуре две цепочки из 118 аминокислот, при соединении которых он обретал биологическую активность. Коэн пошел дальше: очистил NGF и получил к нему антитела. Оказалось, что эти антитела не только тормозят действие фактора, но и могут выборочно и постоянно разрушать симпатические нейроны (которые, если сильно упростить, отвечают за сокращение кровеносных сосудов и секрецию желез). Вместе с этим в качестве побочного продукта проявилось еще одно вещество, стимулировавшее рост клеток кожи и роговицы. Коэн открыл его случайно, пытаясь бороться с загрязнением препаратов NGF, и назвал эпидермальным фактором роста, EGF (рис. 5) [3]. Ученый любил говорить, что «раз природа потратила столько миллионов лет для совершенствования функций организма, было бы интересно посмотреть, каким образом мы можем изменить сформированные ею программы».

Рисунок 5. Эпидермальный фактор роста (EGF). Ускоряет рост, деление и дифференцировку клеток эпителия. Слюнной EGF защищает слизистые оболочки ЖКТ (выше кишечника) от агрессивных воздействий и участвует в заживлении язвочек. а — Первичная структура EGF. Члены семейства эпидермальных факторов роста имеют одну или несколько «копий» консенсусной последовательности с шестью цистеинами: CX7CX4-5CX10-13CXCX8GXRC (X — любая аминокислота). Как и NGF, эпидермальный фактор содержит три дисульфидных мостика, однако образует структуру с тремя петлями, взаимодействующими с клеточными рецепторами EGFR. Это взаимодействие запускает сигнальный путь, приводящий к синтезу белков и ДНК и последующему делению клеток эпителия. б — Пространственная структура EGF. в — Рецепторы факторов роста (EGF, α- TGF и др.) и рак. Нарушение работы рецепторов EGFR — гиперсигнализацию из-за увеличения количества рецепторов или мутаций EGFR и других белков сигнального пути RAS-RAF — связывают с развитием некоторых видов рака. Уже применяются ингибиторы рецепторов и испытывается вакцина против самогό фактора (на Кубе она уже доступна). Рисунок с сайта scienceblogs.com.

Фактор роста нервов вызвал неоднозначную реакцию со стороны ученых — многие критиковали исследование, ибо оно противоречило всем ранее установленным законам физиологии: нервная ткань не регенерирует и не растет. И точка. А согласие с очевидными результатами профессора Хамбургера и профессора Леви-Монтальчини (которым она стала в 1958 году) предполагало признание научным сообществом своей неправоты, чего не хотелось совсем. Дело еще в том, что вещество не обладало традиционными свойствами для уже известных в то время гормонов. Что делают гормоны? Вызывают временную метаболическую реакцию. А тут, оказывается, есть еще какие-то вещества, без которых организм и вовсе не может обойтись — постоянные регуляторы специфических типов клеток. Дальше грянул целый фейерверк исследований — подобно салюту на День Победы: миру один за другим открывались новые факторы роста, в том числе эпидермальный фактор (Коэна), тромбоцитарный фактор (PDGF), фактор роста фибробластов (FGF), колониестимулирующие факторы (например, гранулоцитарный, G-CSF), интерлейкины (IL-1, IL-2)... А в 80-х годах и вовсе доказали, что онкогены (видоизмененные участки ДНК, ведущие к неправильному считыванию информации и таким образом становящиеся причиной онкологических заболеваний) несут код для производства белков, сходных по структуре с факторами роста и их рецепторами на поверхности клеток. Тут уж можно легко догадаться, что когда регуляция факторами роста нарушается, может возникнуть онкозаболевание.

Фактор роста нервов оказался не единственным для всей нервной системы: как в биологическом виде есть подвиды, так и здесь обнаружились факторы роста для различных видов нервных клеток. Практическое применение не заставило себя долго ждать: уже через какое-то короткое время NGF стал использоваться для восстановления поврежденных нервов, а EGF — для улучшения эффективности пересадки кожи. Но это были только первые скромные шажки в огромный мир непознанной молекулярной регуляции организма.

Достигнув расцвета научной карьеры в Америке, профессор Рита Леви-Монтальчини решила посвятить себя развитию итальянской науки. Под ее легкой рукой начала действовать целая плеяда лабораторий: в 60-х годах — лаборатория в Высшем институте здоровья в Риме, сотрудники которой настолько любили своего руководителя, что были готовы трудиться почти задаром; в 70-х — лаборатория клеточной биологии в Итальянском национальном исследовательском совете в Риме. В то же время она оставалась профессором отдела биологии Университета Вашингтона и потому жила «на два континента».

Вначале только одна лаборатория Леви-Монтальчини занималась исследованиями факторов роста, но благодаря ее усилиям в нейробиологической науке были открыты новые обширные отрасли, в освоении которых участвуют ученые многих стран и ныне.

Нобелевская премия «догнала» своих законных обладателей, Леви-Монтальчини и Коэна, только в 1986 г., «в знак признания их открытий, имеющих фундаментальное значение для понимания механизмов регуляции роста клеток и органов». Современники назвали открытие фактора роста нервной ткани «удивительным примером того, как опытный исследователь может создать концепцию из кажущегося хаоса». Свою нобелевскую лекцию Монтальчини назвала в стиле Дюма: «Фактор роста нервной ткани: 35 лет спустя» [4]. 

Нужно сказать, что многое в жизни талантливой исследовательницы было удивительным. Она, прожив больше века, никогда не была замужем и не оставила наследников. Однако этот факт ее абсолютно не расстраивал, и она всегда говорила, что ее жизнь и без того «богата превосходными человеческими отношениями, работой и увлечениями». Она всегда поддерживала тесные связи со своей семьей и последние несколько десятков лет жила в Риме вместе со своей сестрой-близнецом Паолой. Коллеги отмечали, что званые вечера этой жизнерадостной и элегантной женщины славились изысканной кухней и интеллектуальными беседами. А доброе сердце и внимательность в отношениях с людьми побуждали заниматься благотворительностью и поддержкой молодых ученых.

До самого конца Рита Леви сохранила ясность и остроту мысли, даже на своем 100-летнем юбилее в созданном ею же Европейском исследовательском институте мозга (EBRI) заявляла, что ум ее остается таким же острым, как и 80 лет назад. Видимо, повлиял тот факт, что до конца жизни она посвящала несколько часов в день исследовательской работе. По словам племянницы, выдающийся нейробиолог умерла во сне. Наверное, именно такой смерти был достоин человек, всё свое время посвятивший изучению роста и жизни.

Рисунок 6. Президент Италии Джорджо Наполитано и пожизненный сенатор и нобелевский лауреат Карло Руббиа в гостях у Риты Леви-Монтальчини (2009).

Литература

1. http://www.neurotechnologies.ru/articles/sherrington 2.Levi-Montalcini R., Hamburger V. (1953). A diffusible agent of mouse sarcoma, producing hyperplasia of sympathetic ganglia and hyperneurotization of viscera in the chick embryo. J. Exp. Zool. 123, 233–288; 3.Cohen S., Levi-Montalcini R., Hamburger V. (1954). A nerve growth-stimulating factor isolated from sarcomas 37 and 180. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 40, 1014–1018.

Анна Хоружая