Как нашите клетки се снабдяват с кислород

Понеделник, 07 октомври 2019 г. в 20:33 ч

кислород

Спортистите отдавна използват механизмите за допинг: Изследователите са открили как кислородът се регулира в клетките. За това те получиха Нобелова награда за медицина.

  • Комитетът за Нобелова награда, съставен от Патрик Ернфорс (вляво), Анна Уедел и Рандал Джонсън, обяви победителите в тазгодишната Нобелова награда за медицина. Снимка: Zheng Huansong (dpa)

Доставката на кислород е от съществено значение за тялото - и играе роля при много заболявания. Нищо чудно: „Това е веществото, от което човек консумира най-много и без което може да оцелее най-кратко“, каза преди няколко години американският изследовател Грег Семенца от университета „Джон Хопкинс“ в Балтимор. Семенца, подобно на американския си колега Уилям Каелин от Харвардското медицинско училище в Бостън и британеца Питър Ратклиф от Оксфордския университет, е изяснил на молекулярно ниво как действа регулирането на кислорода в клетките.

„Новаторските открития на тазгодишните носители на Нобелова награда разкриха механизма зад един от най-важните процеси на приспособяване в живота“, заяви Нобеловият комитет в понеделник, обяснявайки своя избор. Процесът започна преди около 500 милиона години: Съдържанието на кислород в атмосферата се повиши до днешните 21 процента. Възникнаха първите животински същества - и с тях механизми за снабдяване на тъканите и клетките с газ.

Отдавна е известно, че митохондриите използват кислород, за да превръщат хранителните вещества в енергия. По същия начин, когато липсва кислород, концентрацията на хормона еритропоетин (ЕРО) се увеличава, което увеличава образуването на червени кръвни клетки. Много спортисти използват тази функция на ЕРО при допинг.

Но основите на регулирането на кислорода са били неизвестни до 90-те години. Тогава Semenza откри при генетично модифицирани мишки кои ДНК последователности стоят зад гена EPO. В чернодробните клетки той се натъкна на протеин, който участва централно в регулирането на кислорода: HIF (индуцируем фактор на хипоксия). При нормални нива на кислород клетките разграждат HIF протеин. Когато обаче липсва кислород, концентрацията на протеина в клетката се увеличава.

След това Kaelin и Ratcliffe откриха връзка между HIF и синдрома на Von Hippel Lindau (VHL), който е свързан с тумори на окото и централната нервна система. Ако VHL протеинът е мутирал, HIF не се разгражда, какъвто е случаят с липсата на кислород. Клетката реагира на това с образуването на кръвоносни съдове.

И двата механизма са интересни за медицината. Според Асоциацията на фармацевтичните производители, базирани на изследвания, в момента се тестват два нови класа лекарства върху пациенти въз основа на работата на носителите на Нобелова награда. Така наречените HIF-PH инхибитори предотвратяват разграждането на HIF и по този начин стимулират образуването на EPO. Пациентите с бъбреци, които страдат от анемия, се ползват от по-големия брой червени кръвни клетки. Досега пациентите с ЕРО обикновено се инжектират директно с анемия.

В раковата медицина, от друга страна, така наречените антагонисти на HIF-2a трябва да гарантират, че раковите клетки произвеждат по-малко от вестителното вещество VEGF. Например при рак на бъбреците и мозъчни тумори това трябва да инхибира образуването на нови кръвоносни съдове за снабдяване на тумора. Тези лекарства вече се тестват върху хора.

Semenza, Kaelin и Ratcliffe вече бяха получили американската награда Lasker за медицина през 2016 г. Изследванията са неговата религия, каза Семенза в речта си за приемане по онова време. "Изумен съм от резултата от четири милиарда години еволюция в този ъгъл на Вселената и се надявам, че можем да подобрим живота на хората с фундаментални открития и тяхното приложение в клиничната практика."