Нобелевская премия по медицине 2019: дыхание на уровне клеток и генов
Нобелевскую премию 2019 года по физиологии и медицине разделили два американских ученых – Грегг Семенца и Уильям Келин-младший – и их британский коллега сэр Питер Рэтклифф. Премия присуждена "за открытие механизмов, при помощи которых клетки ощущают изменения в уровне доступного кислорода и адаптируются к ним".
Ученые обнаружили ключевые механизмы, которые наши клетки используют для обнаружения и реагирования на низкие уровни кислорода, известные как "гипоксия". Они проводили свои исследования независимо друг от друга, однако все вместе они "указывают путь для разработки новых многообещающих способов борьбы с анемией, раком и другими заболеваниями".
Работы Семенцы, Кейлина и Рэтклиффа помогли обнаружить генетический механизм реакции на гипоксию и понять, как клетки ощущают дефицит кислорода и адаптируются к нему – в том числе как организм "запускает производство" гормона эритропоэтина, отвечающего за образование новых переносящих кислород красных кровяных клеток.
Каждая клетка в организме нуждается в необходимом количестве кислорода, чтобы функционировать и выживать. Когда в нашей крови слишком мало кислорода, наши почки посылают сигналы, чтобы повысить выработку эритроцитов, чтобы переносить больше кислорода. В своей оксфордской лаборатории сэр Питер Рэтклифф обнаружил универсальный механизм обнаружения и реагирования на гипоксию, который с тех пор был обнаружен во всех наших клетках.
Проведя эксперименты на мышах, Грегг Семенца выяснил, что недостаток кислорода как-то влияет на участки ДНК, отвечающие за производство эритропоэтина. Он продолжил исследования и открыл белковый комплекс, который так и назвал HIF - "фактор, индуцируемый гипоксией". Он связывается с ДНК и может тормозить или стимулировать выработку эритропоэтина.
Уильям Келин выяснил, что ген VHL отвечает за распад одного из компонентов белкового комплекса HIF и меняет его форму в зависимости от насыщенности кислородом, что и приводит к изменениям в экспрессии ДНК. Таким образом клетки "чувствуют" недостаток кислорода и компенсируют этот дефицит за счет скорости обмена веществ.
Основополагающие открытия нобелевских лауреатов этого года раскрыли механизм одного из самых важных адаптационных процессов в жизни. Они заложили основу для нашего понимания того, как уровни кислорода влияют на клеточный метаболизм и физиологическую функцию. Они обнаружили, что при снижении уровня кислорода уровни белкового комплекса (названного HIF-1α) увеличиваются. При нормальных условиях содержания кислорода HIF-1α быстро расщепляется, но в условиях низкого содержания кислорода он накапливается. Важно отметить, что этот комплекс связывается с сегментами ДНК рядом с геном эритропоэтина (ЭПО) - гормона, вырабатываемого почками.