Rodney Robert Porter

V roce 1972 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu dva badatelé v oboru imunologie – americký lékař-chemik Gerald Maurice Edelman a britský biochemik Rodney Robert Porter.

RODNEY ROBERT PORTER

(1917–1985)

Syn železničního zaměstnance Josepha L. Portera a Isobel rozené Reeseové se narodil 8. října 1917 v Newton-le-Willows u St. Helens v anglickém hrabství Lancashire. Nebyl zázračným dítětem ani žákem. V roce 1935 absolvoval střední školu v nedalekém městečku Ashton-in-Makerfield a v roce 1939 dosáhl bakalářského stupně třetí třídy v biochemii na Livepoolské univerzitě. Jeho doktorské studium pak brzy přerušil vstup Spojeného království do války. V letech 1940–1946 sloužil Rodney Porter jako dobrovolník u Královských ženistů převážně v oblasti Středozemního moře.

Když byl v roce 1946 v hodnosti majora z armády propuštěn, nastoupil v biochemickém ústavu univerzity v Cambridgi k doktorskému studiu v laboratoři o rok mladšího Fredericka Sangera, který jako uznaný odpírač vojenské služby z důvodu svědomí stihl získat doktorát už v roce 1943 a od té doby jako člen skupiny profesora Alberta Charlese Chibnalla zkoumal strukturu molekuly inzulinu. Rodney se stal vůbec prvním Sangerovým doktorandem. Studoval u něho stavbu bílkovin a publikoval s ním práci, v níž u hemoglobinu různých savců určil druh a počet koncových aminokyselinových zbytků a uvažoval o souvztažnosti mezi stavbou a imunologickou specificitou bílkovin (The Free Amino Groups of Haemoglobins. Biochem J 1948; 42: 287–294; se Sangerem).

V roce 1948 získal Porter na Cambridgeské univerzitě titul Ph.D., oženil se s Julií Frances Newovou, s níž pak měl syny Nigela a Tima a dcery Susan, Ruth a Helen, a v Sangerově laboratoři strávil ještě postdoktorský rok. Dychtivě tehdy četl nedávno znovu vydanou knihu The Specificity of Serological Reactions, anglický překlad německé práce Karla Landsteinera Die Spezifizität der serologischen Reaktionen z roku 1933, kde našel vše, co bylo dosud poznáno o protilátkách – i to, že velikost jejich molekuly ztěžuje studium jejich stavby. V Sangerově laboratoři byl inzulin fragmentován proteolytickými enzymy a tuto techniku zvolil Porter i u protilátek. Při zkoumání účinků hydrolýzy na imunologickou aktivitu králičího antiovalbuminu zjistil, že roztok papainu v kyanidu odštěpuje z molekuly antiovalbuminu hydrolýzou čtvrtinový zlomek neschopný flokulace s antigenem, ale schopný inhibovat flokulaci celého systému. Na základě toho vyvinul metodu štěpení molekuly gamaglobulinu v analyzovatelné fragmenty papainem (The Formation of a Specific Inhibitor by Hydrolysis of Rabbit Antiovalbumin. Biochem J 1950; 46: 479–484). Z opakovaných nálezů vždy jednoho koncového alanylového zbytku v molekule soudil na jednořetězcovou polypeptidovou strukturu gamaglobulinu (A Chemical Study of Rabbit Antiovalbumin. Biochem J 1950; 46: 473–478).

V roce 1949 nastoupil Rodney v Národním ústavu pro lékařský výzkum, vracejícím se právě do předválečného sídla v londýnském Mill Hillu. Oddělení fyzikální chemie vedl Archer John Porter Martin, který v roce 1943 s Richardem Syngem vynalezl papírovou rozdělovací chromatografii. Nyní tu Martin pracoval na vývoji plynové rozdělovací chromatografie a jako vždy nedbal o svou bibliografii (jeho teprve devátý článek mu v roce 1952 vynese Nobelovu cenu za chemii, ani ta ho však o 27 let později neuchrání před vyhazovem z Houstonské univerzity za hluboce podprůměrnou publikační aktivitu). Rodney Porter spolupracoval v Mill Hillu s Martinem na vývoji chromatografických metod frakcionace bílkovin, přičemž v krystalické ribonukleáze našel dvě enzymaticky aktivní složky, přítomné také v hovězí slinivce (The Chromatographic Fractionation of Ribonuclease. Biochem J 1951; 49: 215–218; s Martinem). V dalších studiích ukázala chromatografie inzulin jako jednosložkový (Partition Chromatography of Insulin and Other Proteins. Biochem J 1953; 53: 320–328) a gamaglobulin normálních králíků jako složitou směs velmi podobných, jednotlivě neizolovatelných složek (The Fractionation of Rabbit Gamma-Globulin by Partition Chromatography. Biochem J 1955; 59: 405–410).

Průkopníkem imunologie v Mill Hillu byl přednosta oddělení biologických standardů John H. Humphrey, autor učebnice oboru a hlavní autorita v klinické imunologii. Porter s ním pomocí rozdělovací chromatografie studoval králičí gamaglobulin v různých stadiích imunizace rozličnými antigeny. Nálezy nasvědčovaly tomu, že v závislosti na cestě podání antigenu a době působení antigenního stimulu převažují ve tvorbě protilátek různé buňky produkující odlišné globuliny (An Investigation on Rabbit Antibodies by the Use of Partition Chromatography. Biochem J 1956; 62: 93–99; s  Humphreyem). Porter a Humphrey pak s biochemičkou Brigitte Askonasovou zkoumali míru inkorporace radioaktivních aminokyselin do různých chromatografických frakcí králičího gamaglobulinu, v pokusech in vivo nenašli známky přeměny jedné formy gamaglobulinu v jinou a soudili i zde, že ve tkáních tvořících gamaglobulin jsou jeho různé typy syntetizovány různými, nestejně distribuovanými buňkami (On the Origin of the Multiple Forms of Rabbit Gamma-Globulin. Biochem J 1956; 63: 412–419; s Askonasovou a Humphreyem).

Rozvoj imunologického výzkumu v Mill Hillu pokročil natolik, že tu v roce 1957 bylo zřízeno imunologické oddělení v čele s Humphreyem, uvolněným z práce na biologických standardech. Toho roku zde Askonasová in vivo úspěšně klonovala lymfocyty B a virolog Alick Isaacs se Švýcarem Jeanem Lindenmannem objevil interferon. Rodney Porter se tehdy vrátil ke své poválečné studii protilátek, tentokrát však s papainem purifikovaným, a objevil, že molekula protilátky sestává ze tří fragmentů podobné velikosti, z nichž jeden krystalizuje. Několik následujících měsíců pak považoval krystaly za pouhý artefakt své metody, než v sousední laboratoři oslovil Olgu Kennardovou a ta pomocí rentgenové krystalografie určila krystaly jako bílkoviny. Tuto krystalizující a s antigenem nereagující složku protilátky ztotožnil Porter s třetím vrcholem frakcionace na karboxylmetylcelulóze a nazval ji „fragment III“, později „Fc“. Ostatní dvě vzájemně totožné části protilátky, uchovávající si schopnost vázat antigen, nazval „fragment I“ a „fragment II“, později „Fab“ (The Hydrolysis of Rabbit Gamma-Globulin and Antibodies with Crystalline Papain. Biochem J 1959; 73: 119–126).

Jako první „Pfizer Professor“ imunologie lékařské školy při Nemocnici P. Marie v Londýně se Porter v roce 1960 stal prvním profesorem tohoto oboru v celé Anglii. Poté co v newyorském Rockefellerově institutu prokázal Gerald Edelman v roce 1959 víceřetězcovou strukturu molekuly imunoglobulinu G a dva roky nato s Miroslavem Davidem Poulíkem podle molekulové váhy rozlišil dva druhy řetězců, zaměřil se Porter na vztah mezi Edelmanovými řetězci a svými třemi fragmenty: odděloval lehké a těžké řetězce, určoval antigenní specificity k fragmentům Fc a Fab a testem dvojité difuze zjistil, že protilátka proti fragmentu Fab reaguje s lehkým i těžkým řetězcem, kdežto protilátka proti fragmentu Fc reaguje pouze s těžkým řetězcem. Tím ve fragmentu Fab prokázal přítomnost obou druhů řetězce, ve fragmentu Fc pak pouze těžkého řetězce. Na základě toho vytvořil model protilátky uspořádaný jako čtyřřetězcová struktura ve tvaru písmene Y, jehož každé rameno sestává z lehkého řetězce a poloviny těžkého řetězce a odpovídá jednomu fragmentu Fab, kdežto druhé poloviny obou těžkých řetězců tvoří nožičku písmene, odpovídající fragmentu Fc (The Structure of Gamma-Globulin and Antibodies. In: Gellhorn A, Hirschberg E, eds. Basic Problems of Neoplastic Disease. New York: Columbia Univ. Press 1962; 177–194). Podrobnějšími studiemi pak potvrdil svůj model a lokalizoval papainovou hydrolýzu do poloviny délky těžkého řetězce (Reduction of Gamma-Globulins. Arch Biochem Biophys 1962; Suppl 1: 174–180; s  Fleischmanem a Painem).

Přijetím za člena Královské společnosti se Porter v roce 1964 dočkal prvního významného ocenění. Tehdy se stejně jako za mořem Edelman pustil do podrobného studia struktury molekuly imunoglobulinu G. Izoloval těžký řetězec patologického lidského IgG a po rozštěpení bromokyanidem na pět fragmentů určil sekvenci aminokyselin ve fragmentu na uhlíkovém konci těžkého řetězce. Nález silně podpořil představu těžkého řetězce imunoglobulinu jako jednoduchého peptidového řetězce (The N- and C-Terminal Amino Acid Sequences of the Heavy Chain from a Pathological Human Immunoglobulin IgG. Biochem J 1966; 99: 356–366; s Pressovou a Piggotem).

V roce 1967 se Porter stal členem Trinity College Oxfordské univerzity jako „Whitley Professor“ biochemie a tehdy začal studovat jiný problém imunologie – systém komplementu, tvořený 11 sérovými bílkovinami. Zaměřil se na strukturu a aktivaci nejdříve reagujících složek komplementového systému, zejména bílkoviny C1q, tvořící rozpoznávací molekulu komplementového systému, sestávající ze tří podjednotek po šesti polypeptidech. Porter přispěl k porozumění struktuře této podjednotky. Už známou sekvenci pěti peptidů fragmentu C1, obsahujícího polovinu dusíkem zakončeného těžkého řetězce králičího imunoglobulinu G, doplnil určením šestého peptidu a vytvořil schéma uspořádání disulfidových vazeb uvnitř řetězců a mezi nimi (The Disulphide Bonds of the Heavy Chain of Rabbit Immunoglobulin G. Biochem J 1970; 116: 261–268; s O’Donnellem a Frangionem).

V roce 1972 byli Gerald Maurice Edelman a Rodney Robert Porter „za své objevy týkající se chemické stavby protilátek“ společně poctěni Nobelovou cenou za fyziologii nebo medicínu. Na slavnostním shromáždění ve Stockholmu 10. prosince 1972 uvedl oba laureáty profesor Karolinského lékařsko-chirurgického institutu, proslulý mikrobiolog Sven Gard. Zmínil úlohu více než 50 000 různých protilátek v obraně těla proti nemoci. Vylíčil, jak Porter hledal biologicky reaktivní úseky molekuly protilátky a pomocí enzymu ji rozštěpil na tři díly, z nichž dva vážou antigen, jak Edelman předpověděl víceřetězcovou strukturu molekuly a jednotlivé řetězce odděloval rozpojováním disulfidových vazeb, jak oba později prokázali složení protilátek ze dvou lehkých a dvou těžkých řetězců, jak Porter vyvinul model, který se pak ukázal platným, a jak Porterovy a Edelmanovy objevy podnítily imunologický výzkum v celém světě. Poté vyzval oba laureáty k převzetí ceny z rukou švédského korunního prince. 12. prosince 1972 měl pak Porter nobelovskou přednášku (Structural Studies of Immunoglobulins. Science 1973; 180: 713–716).

Komplementový systém zůstal nadále v ohnisku zájmu čerstvého laureáta. S Irmou Gigliovou a Inge von Zabern izoloval z lidského sera složku komplementu C4, potvrdil předešlé nálezy, že C4 sestává ze tří peptidových řetězců o molekulových vahách 90 000, 80 000 a 30 000, a identifikoval část primární struktury (The Isolation and Structure of C4, the Fourth Component of Human Complement. Biochem J 1977 Sep 1; 165: 439–446; s Gigliovou a von Zabern). Od té doby se věnoval trvale především bílkovině C4.

Postdoktorand z texaského Dallasu Michael C. Carroll s Ph.D. za výzkum biochemie a genetiky komplementu podnítil Portera k výzkumu genů složek komplementu. Na sklonku své kariéry přešel tedy Porter od chemie bílkovin a enzymologie k rozvíjející se oblasti molekulární genetiky, aby se v jejím rámci zaměřil na komplementový systém (Cloning of a Human Complement Component C4 Gene. Proc Natl Acad Sci USA 1983; 80: 264–267; s Carrollem). Studoval také polymorfismus genu C4 a uvažoval, že může být klíčem k pochopení některých autoimunitních chorob, zvláště systémového lupus erythematosus (Complement Polymorphism, the Major Histocompatibility Complex and Associated Diseases: A Speculation. Mol Biol Med 1983; 1: 161–168). S kolegy stanovil pořadí komplementových genů v hlavním komplexu histokompatibility (A Molecular Map of the Human Major Histocompatibility Complex Class III Region Linking Complement Genes C4, C2 and Factor B. Nature 1984; 307: 237–241; s Carrollem, Campbellem a Bentleyem).

V roce 1985 byl Carroll povolán na Harvardovu univerzitu. V Oxfordu končil i Porter, který úředně odcházel na odpočinek, hodlal však naplno pokračovat ve výzkumu bílkoviny C4 a jejího vztahu k chorobám. Přátelé mu v červenci uspořádali velkou oslavu na rozloučenou. O sedm týdnů později, 6. září 1985, zahynul Rodney Robert Porter u Winchesteru v anglickém hrabství Hampshire při automobilovém neštěstí. Odešel uprostřed práce, jak je zřejmé z posmrtné publikace, pod níž je podepsán sám (Antibody Structure and the Antibody Workshop 1958–1965. Perspect Biol Med 1986 Spring; 29: S161–S165), i z řady prací o komplementu z let 1986–1988, kde ho jako spoluautora uvádějí Dodds, Law, Campbell, Carroll, Rumsbyová, Grant, Hjelm, Yu, Beltová, Gilesová, Rodrigues, Dunham a Chakravarti.

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz