Komórki i tlen. Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny

William G. Kaelin Jr., sir Peter J. Ratcliffe i Gregg L. Semenza zostali tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.

Foto: pixabay.com

Naukowców wyróżniono za odkrycie mechanizmów adaptujących komórki do zmian poziomu dostępności tlenu. Procesy te można wykorzystać w walce z wieloma chorobami, w tym onkologicznymi i kardiologicznymi.

Co roku rusza giełda nazwisk naukowców, którzy mogą otrzymać medycznego Nobla. W tym roku część ekspertów przewidywała, że może być ona przyznana za osiągnięcia z obszaru genetyki, onkologii czy medycyny regenaracyjnej. Komitet Noblowski zazwyczaj jednak nie podąża tym śladem. Tak było i tym razem.

Trudna zależność

Zgromadzenie Noblowskie działające przy Królewskim Karolińskim Instytucie Medyczno-Chirurgicznym w Sztokholmie wyróżniło odkrycie, które wyjaśnia podstawowe mechanizmy, dzięki którym życie w ogóle jest możliwe.

Trójka nagrodzonych naukowców, czyli Brytyjczyk sir Peter J. Ratcliffe (Uniwersytet Oksfordzki, Francis Crick Institute) oraz dwóch Amerykanów Gregg L. Semenza (Uniwersytet Johnsa Hopkinsa) i William G. Kaelin Jr. (Dana-Farber Institute, Uniwersytet Harvarda) odkryła, w jaki sposób komórki potrafią dostosowywać się do różnych warunków tlenowych, dzięki czemu mogą rozwijać się i przetrwać.

Naukowcy zidentyfikowali maszynerię cząsteczkową, która reguluje aktywność genów w odpowiedzi na zmieniające się poziomy tlenu. – Tlen jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania całego organizmu i jego pojedynczych komórek, ale jest to zależność bardzo trudna. Zarówno jego nadmiar, jak i niedobór może wywołać bardzo negatywne konsekwencje. Mechanizm, który został odkryty, tak naprawdę mówi komórce, co ma zrobić, by za niskie lub za wysokie stężenie tlenu jej nie zaszkodziło – tłumaczy dr hab. Anna Wójcicka z Zakładu Medycyny Genomowej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego. Jak to wygląda w praktyce?

– W przypadku niedotlenienia pojawia się hipoksja i w tych warunkach powstaje HIF-1, czynnik, który indukuje kolejne procesy fizjologiczne, np. wytwarzanie erytropoetyny odpowiedzialnej za produkcję czerwonych krwinek, ale też sprzyja angiogenezie, czyli powstawaniu nowych naczyń – wyjaśnia prof. Krzysztof J. Filipiak z I Katedry i Kliniki Kardiologii WUM, kardiolog i farmakolog kliniczny.

Bez kontrowersji

Tegoroczni laureaci to osoby po 60 r.ż., o bogatym dorobku naukowym. W 2016 r. otrzymali nagrodę Laskera za badania nad komórkowymi mechanizmami adaptacji do zmiennej dostępności tlenu. Wartość ich osiągnięcia trudno kwestionować, choć trzeba przyznać, że ich odkrycie, dostrzeżone teraz przez Akademię Szwedzką, jest powszechnie znane od lat. – Jesteśmy już bardzo dobrze zaznajomieni z mechanizmem, który opisali nagrodzeni naukowcy. Nie pomyślałam, że zostanie ono akurat teraz docenione – przyznaje dr hab. Anna Wójcicka.

Z drugiej strony, jak dodaje, bez opisania mechanizmów, które odpowiadają za przystosowanie się komórek do różnego poziomu tlenu, nie potrafilibyśmy zrozumieć, w jaki sposób działa ta regulacja i jak można ją wykorzystać do lepszego poznania organizmu człowieka i do walki z chorobami. A właśnie teraz pojawiają się pierwsze możliwości wykorzystania odkrycia w praktyce klinicznej, w tym m.in. do walki z anemią (poprzez kontrolę metaboliczną żelaza), chorobami onkologicznymi i schorzeniami sercowo-naczyniowymi.

Możliwe implikacje kliniczne

W przypadku chorób kardiologicznych obieg krwi jest pogorszony, a dzięki znajomości mechanizmów adaptujących komórki do życia przy niskim poziomie tlenu wiemy, że można próbować poprawiać ten s tan rzeczy. – Podwyższona ekspresja HIF-1 indukuje powstanie angiogenezy, czyli procesu, który bardzo cieszy kardiologa. Dzięki niej dochodzi do polepszenia ukrwienia niedokrwionej tkanki. W ramach eksperymentów przedklinicznych testowane są już różne substancje, które podwyższą ekspresję HIF-1. Po to, aby leczyć chorobę niedokrwienną serca, a także polepszać ukrwienie kardiomiocytów i mięśnia sercowego – informuje prof. Krzysztof J. Filipiak.

– Seria badań nad niedotlenieniem komórek nagrodzona tegorocznym Noblem ma więc również istotne przełożenie na potencjalne nowe kierunki farmakoterapii kardiologicznej, to zasłużony, interdyscyplinarny Nobel, chociaż przyznawany dwie-trzy dekady po pierwszych odkryciach w tej dziedzinie – dodaje profesor. A Jak to odkrycie możemy wykorzystać w walce z chorobami onkologicznymi? –Cząsteczka HIF-1 odpowiada za regulację 100 innych cząsteczek w komórce. Jeśli jest zmieniona, np. przez zbyt niski poziom tlenu, całe procesy w komórce ulegają rozregulowaniu. Nowotwór to ścisła struktura, do której wiele tlenu naczyniami krwionośnymi nie dopływa.

Jak więc on sobie radzi z niedoborem substancji odżywczych? Właśnie rozpoczyna tworzenie nowych naczyń krwionośnych, za co odpowiada HIF-1. Obecnie w medycynie poszukuje się leków, których działanie możemy ukierunkować bezpośrednio na walkę z tym zaburzeniem, czyli hamować proces angiogenezy. Obecnie jest już jeden lek (inhibitor HIF-1) stosowany w onkologii, a w badaniach klinicznych kolejnych kilkanaście. Jednym z kluczowych nowotworów, gdzie można to odkrycie wykorzystać, jest rak nerki, który nie odpowiada na klasyczną chemioterapię, a w którym bardzo zaburzone są procesy związane z niedotlenieniem, a ten nowotwór jest właśnie takim niedotlenieniem indukowany i w oparciu o nie rozwija się – wyjaśnia dr hab. Anna Wójcicka.

Lidia Sulikowska

Nobel 2019

Tegoroczne rozstrzygnięcia Akademii Szwedzkiej są dla nas wyjątkowe. Polka Olga Tokarczuk została laureatką literackiej Nagrody Nobla za rok 2018. Wyróżnienie otrzymała za „wyobraźnię narracyjną, która z encyklopedyczną pasją prezentuje przekraczanie granic jako formę życia”. Nagrodę Nobla za rok 2019 otrzymał austriacki pisarz Peter Handke. W tym roku przyznano dwie Nagrody Nobla w dziedzinie literatury – w poprzednim roku nie wyróżniono nikogo ze względu na skandal obyczajowy.

Tegoroczni laureaci medycznego Nobla:

• William G. Kaelin, JR. (urodzony w 1957 r.) – amerykański lekarz, specjalista chorób wewnętrznych i onkologii, profesor zwyczajny Harvard Medical School. Założył własne laboratorium badawcze w Instytucie Onkologii Dana Farber w Bostonie. Od ponad 20 lat Jest badaczem Instytutu Medycznego Howarda Hughesa.
• Sir Peter J. Ratcliffe (urodzony w 1954 r.) – brytyjski nefrolog, profesor zwyczajny Uniwersytetu Oksfordzkiego, założyciel niezależnej grupy badawczej na Uniwersytecie Oksfordzkim. Jest m.in. dyrektorem ds. Badań klinicznych we Francis Crick Institute w Londynie.
• Gregg l. Semenza (urodzony w 1956 r.) – amerykański pediatra, profesor zwyczajny Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Założyciel niezależnej grupy badawczej na tej uczelni. Od 2003 r. jest dyrektorem Programu Badań Naczyniowych w Johns Hopkins Institute for Cell Engineering.

Dotychczas Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny przyznano 110 razy. Uhonorowano tym wyróżnieniem w sumie 219 osób, w tym 12 kobiet. Najmłodszy nagrodzony miał 32 lata (Frederick G. Banting w 1923 r.), a najstarszy – 87 lat (Peyton Rous w 1966 r.).