Hans Klenow 1923-2009

Publiceret Juli 2009
Hans Klenow, 1985
Figur 1. Hans Klenow i Laboratoriet i 1985.

Hans Klenow var blandt de første biokemikere, der blev uddannet i Danmark. Han var, i slutningen af 2. Verdenskrig, blandt de kun ca. 10 studerende, der læste biokemi ved Københavns Universitet. Han fortæller selv, at han d. 21. marts 1945, da han gennemførte et laboratoriekursus på Kemisk Institut, mens det lå i et hjørne af Botanisk Have, fra vinduet så de engelske bombemaskiner flyve lavt igennem haven på vej til at aflevere deres bombelast mod Shell huset.

Hans Klenows indfaldsvinkel til videnskab var den induktive metode, som Francis Bacon lancerede allerede i 1500/1600-tallet. Francis Bacon brød med det Aristoteleske deduktive princip, om at alle nye videnskabelige fremskridt først og fremmest sker ved tænkning. Francis Bacon indførte den empirisk induktive metode, hvor det vigtigste er at få konkrete erfaringer (udføre eksperimenter) og at man ud fra dem drager relevante konklusioner om den videnskabelige virkelighed (Figur 1).

Hans Klenow blev født i 1923, blev magister i biokemi ved Københavns Universitet i 1949 og erhvervede sammesteds den filosofiske doktorgrad i 1957 på afhandlingen: Ribosefosfaternes enzymatiske omsætning. Fra sin embedseksamen og indtil 1956 var Klenow videnskabelig assistent ved Universitets Cytofysiologiske Institut, hvor han arbejdede under ledelse af dr. Herman Kalckar (Figur 2 og 3). Fra 1956 til 1964 var han afdelingsforstander ved Fibiger Laboratoriet. I 1964 blev han udnævnt til professor i biokemi ved Københavns Universitet, en stilling han beklædte indtil han lod sig pensionere i 1990 i en alder af 67 år. Jeg mødte ham for første gang i 1966, da jeg blev ansat som amanuensis på hans nyoprettede Institut, Biokemisk Institut B. Der var på det tidspunkt også to andre fastansatte amanuenser på instituttet nemlig Sune Frederiksen og Kay Overgaard-Hansen, som begge var fulgt med Klenow fra Fibiger Laboratoriet.

Selv om et gennemgående tema i Hans Klenows forskning var nukleotider og deres stofskifte, så må man beundre den alsidighed som prægede hans forskning gennem årene. Hans Klenow nærede selv stor beundring for Herman Kalckar, som også skulle blive hans vejleder og mentor på Institut for Cytofysiologi på Københavns Universitet. Kalckar var et omvandrende biokemisk ikon og var også kendt for sin alsidighed. Han var en internationalt anerkendt forsker, som allerede før krigen havde været foregangsmand i opdagelsen af den oxidative fosforylering dvs. koblingen mellem oxidation og fosforyleringen af ADP til ATP. Han kendte personligt mange af de store skikkelser i biokemien og formåede altid at dukke op på rette tid og rette sted når tingene skete, og det var fra biokemiens spæde start med Otto Warburg i 1930rne op gennem den eksplosive udvikling, der foregik inden for biokemi og molekylær biologi i det 20. århundrede.

Som specialestuderende hos Herman Kalckar påviste Klenow at xanthinoxidase kan katalysere oxidationen af adenin til det stærkt vanduopløselige 2,8-dioxyadenin. Denne forbindelse er normalt ikke tilstede i den menneskelige organisme, men er senere blevet fundet at akkumulere i blod og i præcipitater i nyrerne hos patienter, som mangler enzymet fosforibosyltransferase. De lider af en sjælden genetisk defekt, hvor de ikke er i stand til at genudnytte adenin, men omdanner det til 2,8-dioxyadenin, sandsynligvis katalyseret af xanthinoxidase.

Klenow fik herefter sin magistergrad i 1949 og blev af Kalckar tilbudt et job som forskningsassistent ved Institut for Cytofysiologi. Klenows videnskabelige produktion var her var centreret om nukleotidernes kemiske forhold og deres omdannelse i organismen. I vævsekstrakter påviste han et enzym, der katalyserede omdannelsen af ribose-1-fosfat til ribose-5-fosfat (2).

I 1950 sendte Herman Kalckar ham på et kort studieophold til Haines og Isherwood i Cambridge for at få papirkromatografiteknikken hentet hjem til Laboratoriet. Turen gik videre til Warburgs Kaiser Wilhelm Institut für Zellphysiologi i Berlin. Otto Warburg var den tids store banebryder indenfor cellers iltoptagelse og biokemiske metabolisme, men var også berygtet for sine preussiske traditioner med at ride på en hvid hest hver morgen og ved at kræve en stram videnskabelig disciplin i sit laboratorium.

Cytofysiologisk Institut 1950
Figur 2. Cytofysiologisk Institut 1950. Øverst fra venstre: Gunther Stent, Niels Ole Kjeldgaard, Hans Klenow, Jim Watson, Vincent Price. Nederst fra venstre: Herman M. Kalckar, Audrey Jarnum, Jytte Heisel, Eugene Goldwasser, Walter McNutt, E. Hoff-Jørgensen (på gæsteoptræden).

Klenows arbejde som forskningsassistent i 1950rne i Kalckars laboratorium førte til påvisning af en riboseester, ribose-1,5-difosfat. Undersøgelserne er sammenfattet i den velskrevne disputats fra 1957 (3): Ribosefosfaternes enzymatiske omsætning. En del af studierne over pentosefosfaternes omdannelser blev dog udført i 1952-1953 under et studieophold i USA hos A. Kornberg og B.L. Horecker, National Institute of Health (NIH), Bethesda, USA. Klenow berettede selv, at det metaboliske skema for pentosefosfatstofskiftet ikke var kendt, da han kom til USA i 1950, men at eksperimenter i Horeckers laboratorium med ribose 14-C -mærket i specifikke kulstofatomer var med til opklare den den metaboliske omdannelse af ribose-5-fosfat i pentosefosfat-shunten. Pentosefosfat-shunten har en vigtig funktion i kroppen mht. til at producere antioxidanten NADPH, som etablerer et nødvendigt reduktivt miljø, der bl. a. holder cellernes membraner intakte. Før han forlod Bethesda var transaldolasen isoleret og og det metaboliske skema kunne skrives for første gang (4,5). Ligesom i Warburgs laboratorium i Berlin, så var den videnskabelige standard også meget høj i Bethesdalaboratoriet hos Horecker. Ferie var et ukendt begreb, og alle artikler og seminars blev omhyggeligt censureret indenfor laboratoriets lukkede døre, før de blev præsenteret andre steder.

I 1956 blev Klenow opfordret af bestyrelsen i Foreningen til Kræftens Bekæmpelse til at lede en biokemisk afdeling ved Fibiger Laboratoriet i København. Her koncentrerede Klenow sin forskning omkring de processer, der kan hæmme cellernes syntese af nukleinsyre. En række nukleotidanaloger blev undersøgt og et af de foretrukne cellesystemer blev Ehrlich ascites tumorceller, der blev dyrket i bughulen på mus. Mange af de stoffer man på daværende tidspunkt forsøgte at hæmme cellevækst med, stammede fra ekstrakter fra planter og navnlig svampe. Klenow foretog nogle undersøgelser på cordycepin, der udskilles fra svampen Cordyceps militaris.

Da strukturen af dette stof blev opklaret til at være 3-deoxyadenosin indså Klenow, at her måtte være en mulighed for at gribe ind DNA syntesen. Sammen med Sune Frederiksen, som på dette tidspunkt var specialestuderende hos Klenow viste de, at 3-deoxyadenosin blev fosforyleret til 3-deoxyadenosintrifosfat, og at dette efter indbygning i såvel RNA som DNA virkede som kædestopper, fordi 3-stillingen mangler iltatomet, og en videre syntese dermed er forhindret (6). Da 3-deoxyadenosin også viste sig at være et godt substrat for adenosindeaminasen, blev 1-N-oxidet af denne analog fremstillet. Når 1-N-oxidet blev tilsat Ehrlich celler, blev både mono-, di-og triphosphatet af 3-deoxyadenosin syntetiseret, og resultatet blev en effektiv hæmning af cancercellevækst (7).

Cytofysiologisk Institut, Juleaften 1955
Figur 3. Cytofysiologisk Institut, Juleaften 1955. Øverst fra venstre: Hans Klenow, Paul Plesner, Per Schambye, Bjørn Andersen. Nederst fra venstre: Otto Scherbaum, Karen Hansen, Eleanor Lichtler, Betty King, Harland G. Wood.

I 1964 blev Klenow udnævnt til professor i biokemi ved det lægevidenskabelige fakultet ved Københavns Universitet. Biokemisk Institut B blev indrettet til formålet i Rockefellerbygningen på Juliane Mariesvej. For første gang skulle han her betræde en stilling med en formel undervisningsforpligtelse af lægestuderende. Biokemisk Institut B blev en garant for at nukleinsyrernes biokemi blev indplaceret i curriculum ved det lægevidenskabelige fakultet, da molekylærbiologiens fremmarch i 1950rne havde skabt et stort behov for kendskab til denne gruppe af metabolitter.

Klenows navn blev for alvor kendt i den molekylærbiologiske verden i forbindelse med hans arbejde med DNA polymerase I, fra E. coli. Klenow havde tidligere arbejdet med dette enzym i Arthur Kornbergs laboratorium i USA og Kornberg var da også den der først isolerede og karakteriserede polymerasen, et arbejde som senere indbragte ham Nobelprisen.
Klenow skulle en dag præparere noget DNA polymerase og satte sin laborant Ida Henningsen til at oprense polymerasen fra E. coli efter den metode, han havde anvendt hos Arthur Kornberg. I Kornbergs laboratorium, hvor der herskede uhyre disciplin, isolerede man polymerasen på én dag, selvom det kunne blive med nattearbejde. Ida Henningsen strakte derimod isolationen over to dage, således at glasset med det delvist oprensede enzym havde stået i køleskab natten over. Ved den efterfølgende gelfiltrering på 2.-dagen, observerede Klenow dog to toppe af DNA polymeraseaktivitet, som ikke var helt adskilte ved søjlekromatografien. Dette gav anledning til mange frustationer og diskussioner hos Klenow og hans daværende medarbejdere Kay Overgaard-Hansen og Shamkant Anant Patkar.

Klenow indså intuitivt, at polymerasen kunne have et protease-labilt område og gav sig derfor i kast med at behandle polymerasen med subtilisin,- et proteolytisk enzym, som Martin Ottesen på Carlsberg Laboratoriet havde haft stor erfaring med. Dette førte til at Klenow og medarbejdere adskilte polymerasen i to fragmenter (8). Det største af fragmenterne indeholdt polymeraseaktiviteten og den korrekturlæsende 3- 5exonuclease. Det store fragment var således befriet for 5-3 nukleasen, der var indeholdt i det lille fragment og som hidtil havde forhindret, at man kunne bruge polymerasen til DNA syntese (Figur 4). Det store fragment er senere blevet klonet og har været anvendt verden over som værktøj for molekylærbiologer under navnet The Klenow Fragment. The Klenow Fragment og kædestop-princippet er da også afgørende elementer i Frederick Sangers metode til DNA sekventering, som indbragte ham Nobelprisen for 2. gang.

The Klenow fragment som separate domæner i det multifunktionelle enzym DNA polymerase I fra E. coli.
Figur 4. The Klenow fragment som separate domæner i det multifunktionelle enzym DNA polymerase I fra E. coli. Fra Branden and Tooze (1991). Introduction to Protein Structure. Garland Publishing.

I 1970rne deltog Hans Klenow aktivt i karakteriseringen af det extrakromosomale ribosomale DNA (rDNA) molekyle fra det encellede dyr Tetrahymena, et arbejde, der blev initieret af Jan Engberg og undertegnede, som forlængelse af mit disputatsarbejde (1973) om ribosomdannelsen i Tetrahymena. Det viste sig, at rDNA havde en interessant kemisk struktur, idet det var palindromisk, dvs. at det var en ens nukleotidsekvens læst både forfra og bagfra. Karakteriseringen af rDNA foregik parallelt på Biokemisk Institut B og hos Joseph Gall på Yale universitetet i USA. Undersøgelserne kulminerede i 1978 med et Alfred Benzon Symposium med overskriften Specific Eukaryotic Genes i Videnskabernes Selskab i København, hvor en række ledende internationale forskere deltog.

I 1980rne vendte Klenow, i et samarbejde med Hans Flodgaard, tilbage til ribonukleotider og deres stofsskifte. Hans Flodgaard havde introduceret ham til den automatiske HPLC teknik, en højteknologisk søjlekromatografisk teknik, hvor man gør anvendelse af højt tryk, der gør det muligt at adskille forskellige ribonukleotider i høj opløsning (11).
Klenow havde i tidligere eksperimenter med 2´-deoxyadenosin observeret at akkumulering af 2´-deoxyATP medførte lave værdier af ribonukleotider, -specielt ATP. Konklusionen blev at en transfosforylase reaktion mellem IMP og e. g. 2´-deoxyadenosin fører til nedregulering af ribonukleotidindholdet samtidig med en dannelsen af 2´-deoxyadenosinfosfater (12).

Ved siden af at være en fremragende forsker var Klenow et trofast familiemenneske, som sammen med sin kone Margrethe opfostrede 4 sønner. Han giftede sig med sygeplejerske Margrethe Felbo i 1949, som fødte den ældste søn Steen i 1950, men allerede i 1952 indvilgede hun i at borde et lille dansk fragtskib for at sejle til New York og dermed indlede Klenows første studieophold på NIH i Bethesda.

Klenow var på laboratoriet af stilfærdig og beskeden natur, og han kunne sidde længe med fødderne oppe på skrivebordet i sit kontor på Biokemisk Institut B på Juliane Mariesvej og udtænke forsøg. På laboratoriet indførte han, blandt det videnskabelige personale, de gode vaner fra sin tid på NIH med journal clubs, seminarer med progress reports. Han kunne også blive yderst ivrig, når han deltog i faglige diskussioner, og han kunne komme flere dage efter, når han havde ruget over et fagligt problem, og så på karakteristisk vis sige det kunne være interessant at undersøge, og så fremkom Klenow med en lang række forslag til forsøg.

I social sammenhæng var han et selskabeligt og venligt menneske, der også satte pris på hyggeligt uformelt kollegialt samvær. Han var heldig at får lov til at være forsker i en tid hvor universitetsbureaukratiet var minimalt, og hvor man kunne tage telefonen og ringe ind til universitetets centraladministration og sige, at man havde brug en sum penge til det eller det formål. Hvis beløbet ikke var for stort, stod pengene næste dag på kontoen, og man kunne gå hen og købe det, man havde brug for til at gennemføre sine eksperimenter.
Hans Klenow skrev i 2003 en beretning om sit liv i biokemiens tjeneste: A life with biochemistry (13). Han døde 86 år gammel den 21. februar 2009. Klenow var medlem af Det Kongelige Danske Videnskabernes selskab. Han tildeltes generalkonsul Ernst Carlsens Ærespris i 1974 og tildeltes Novo prisen i 1985 (14).

Litteratur

  1. Hans Klenow (1953). Arch. Biochem. Biophys. 46, 186-200.
  2. Hans Klenow (1952). Biochem. J. 50, 404-407.
  3. Hans Klenow (1957). Ribosefosfaternes enzymatiske omsætning. Disputats Københavns Universitet.
  4. Horecker, B.L., Smyrniotis, P.Z., and Klenow, H. (1954). J. Biol. Chem. 207, 393-403.
  5. Horecker, B.L., Gibbs, M., Klenow, H., and Smyrniotis, P.Z. (1954). J. Biol. Chem. 207, 393-403.
  6. Klenow, H., and Frederiksen, S. (1964) Biochim. Biophys. Acta.87, 495-498.
  7. Frederiksen, S. (1963) Biochim. Biophys. Acta.76, 366-371.
  8. Klenow, H., and Henningsen, I. (1970). Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 65,168-175.
  9. Engberg, J., Andersson, P., Leick, V., and Collins, J. (1975) J. Mol. Biol. 104, 455-470.
  10. Engberg, J., Klenow, H., and Leick, V., eds. (1978). Alfred Benzon Symposium 13. Specific Eukaryotic Genes.
  11. Flodgaard, H. and Klenow, H., (1982). Biochem. J. 208, 737-742.
  12. Marcussen, M., Overgaard-Hansen, K., and Klenow, H.(1997) Biochem. Biophys. Acta 1358, 240-248.
  13. Hans Klenow (2003). Selected Topics in the History of Biochemistry. Semenza, G., Jaenicke, R., Slater,E. C., Turner,A. J.. Elsevier, 2003.
  14. Hans Flodgaard (2000). Hans Klenow. Biozoom nr. 2.