Den komplexa inre funktionen av celler, från deras arkitektur till deras signalering, ligger till grund för mycket av flercelligt organiskt liv. Hur är de byggda? Hur interagerar deras proteiner? Och viktigast av allt, hur kan förståelse av dessa funktioner förbättra vår kunskap om biologiska resultat som sjukdom?

University of Colorado Boulder Distinguished Professors Karolin Luger och Natalie Ahn har studerat frågor som dessa i årtionden. Förra året, båda valdes till National Academy of Sciences, en av de mest prestigefyllda utmärkelser en forskare kan få. Duon kommer att formellt införas på lördag, 27 april på organisationens årsmöte.

"Det är en stor ära eftersom det kommer från kamrater, sa Luger, den begåvade ordföranden för CU Boulders avdelning för biokemi och en Howard Hughes Medical Institute Investigator. "Det är främst ett underbart erkännande av det tidigare och nuvarande elevernas kollektiva arbete, postdoktorer och tekniker som har bidragit till denna forskning. "

Som en arkeolog som sammanfogar ursprunget till gamla strukturer, Luger och hennes studenter undersöker de grundläggande byggstenarna i genomiska processer och tar bort deras cellulära maskiner.

Luger började sin karriär med ett intresse för röntgenkristallografi, en teknik som används för att urskilja 3D-molekylära strukturer. Så småningom, hennes fokus skiftade till kromatin, materialet som innehåller DNA, RNA och proteiner tillsammans i en kompakt förpackning i eukaryota celler. Så sent som i slutet av 1980 -talet före det mänskliga genomprojektets ankomst, kromatin ansågs vara oviktigt, liknande förpackningsmaterial som bara tjänar till att hålla mer värdefulla föremål inuti.

"Det var en binär mentalitet då, men det visade sig vara mycket rörigare, med mycket variation mellan enskilda celler, "Sade Luger." Förpackningen, så att säga, har mycket viktiga konsekvenser för hur celltyper skiljer sig åt. "

Föreställ dig ett utrymme fyllt med märkta kartonger fulla av böcker, hon säger. Genom att läsa etiketterna på rutorna, människor kan urskilja vilka lådor de snart behöver och vilka de säkert kan gömma undan. Kromatin fungerar på samma sätt:En befruktad äggcell behöver allt - all genomisk information den kan få - medan en mer mogen cell, såsom en levercell, kan läsa förpackningen och veta vad den säkert kan ignorera.

Tidiga framsteg inom elektronmikroskopi avslöjade kromatins eleganta struktur, som visas som "pärlor på en sträng, "prickad med nukleosomer. Luger fortsatte med att bestämma strukturen för nukleosomer vid nära atomupplösning, avslöjar strukturen av DNA i alla flercelliga organismer

På senare tid, Luger har undersökt hur och varför många flercelliga organismer - människor, jäst, träd - alla viker sitt DNA med samma molekylära mekanismer. År 2017, hennes labb och medarbetare identifierade mikroberna Archaea (som föregick flercelliga organismer med 3 miljarder år) som de troliga "uppfinnarna" av genomviktning och nukleosomstruktur som vi fortfarande observerar idag.

"Jag är alltid intresserad av hur dessa strukturer kom till, "sa hon om den evolutionära upptäckten." Det är mycket arbete att böja DNA, och Archaea hade utvecklat ett smart system för att göra detta, som sedan tillägnades och vidareutvecklades av de första eukaryota organismerna. "

Luger berömmer sina studenter och postdoktorala forskare för deras noggranna arbete med dessa forskningsämnen, tillägger att hon medvetet rekryterar från olika bakgrunder som fysik, cellbiologi och kemi för att odla tvärvetenskaplig problemlösning.

"Studenter kommer in med nya idéer för allt och hjälper mig att se ett vetenskapligt problem från alla vinklar, "sa hon." Du måste låta dig utmanas. "

Ahn anlände till CU Boulder för över 25 år sedan, ta med expertis inom det område som kallas signaltransduktion, som involverar enzymatiska processer som tillåter celler att reagera på yttre signaler. Ahn var den första som beskrev enzymet som kallas mitogenaktiverat proteinkinaskinas (MAP2K), nu känd för att vara en avgörande aktiveringspunkt för vissa typer av cancer, särskilt melanom. Vid ankomsten till CU Boulder, hon och hennes nya labb bevisade att avvikande aktivering av MAP2K orsakar cancer, vilket gör detta enzym till ett livskraftigt mål för terapeutisk intervention.

Allmänheten av MAP2K i alla celler - både friska och sjuka - ledde till initial skepsis att det kan vara ett användbart läkemedelsmål, Ahn sa, men flera cancerhämmande behandlingar med fokus på MAP2K har därefter godkänts av FDA för klinisk användning.

"Många trodde att dessa aldrig skulle bli läkemedelsmål eftersom det kan finnas för många biverkningar, "Ahn sa." Men det visade sig att, anmärkningsvärt, drogerna tolereras faktiskt väldigt bra, ännu mer än kemoterapi. "

Ahn var också en pionjär inom proteomik, som bestämmer proteinernas kemi genom att "väga" molekyler med hjälp av en teknik som kallas masspektrometri. Hon var en tidig utredare för att anta proteomik -teknik, och använda dem för att studera signaltransduktion. Proteomics tillämpas nu i stor utsträckning inom alla aspekter av biovetenskap.

För Ahn, hennes val till NAS kom som en trevlig överraskning, kulmen på en lång karriär inom grundforskning som har gett lovande vägar för kliniska upptäckter.

"Jag kan inte riktigt tro det, men jag är tacksam och har turen att ha riktigt bra forskare som kollegor, "Ahn sa." Universitetet gav mig utrymme att vara kreativ i min forskning. "

Det dubbla NAS -erkännandet talar också om den kumulativa styrkan i CU Boulders biokemidisciplin, which recently became a stand-alone academic department in the College of Arts and Sciences.

"Abraham Lincoln founded the National Academy of Sciences to give trustworthy scientific advice to the President, " said Distinguished Professor Thomas Cech, CU Boulder's first Nobel laureate and the director of the BioFrontiers Institute. "Being elected to the NAS is a rare honor, and in a typical year zero or one scientist might be elected from the entire state of Colorado. So for a single department to have two of its faculty elected in the same year is therefore rare and it's worthy of celebration!"

"This is an amazing department with a strong teaching mission, " Luger said. "We always have undergraduates participating in the labs who bring a lot of excitement and energy. There is tremendous opportunity here."