Американците Уилям Кейлин и Грег Семенза и британецът Питър Ратклиф си поделят тазгодишната Нобелова награда за физиология или медицина за откритията им как клетките усещат и се приспособяват към наличния кислород, съобщава сайтът Nobelprize.org, цитиран от БТА.

Животните се нуждаят от кислород за превръщането на храната в полезна енергия. Фундаменталното значение на кислорода е известно от векове, но как клетките се адаптират към промените в нивата му дълго време остава загадка.

Уилям Кейлин, Питър Ратклиф и Грег Семенза идентифицират молекулярните механизми, които регулират активността на гените в отговор на променливи кислородни нива.

Трудовете на тримата учени разкриват механизма за един от най-важните адаптивни процеси на живота. Кейлин, Ратклиф и Семенза полагат основата на разбирането ни за това как нивата на кислород влияят върху клетъчния метаболизъм и физиологичната функция. Откритията им проправят пътя за обещаващи нови стратегии за борба с анемията, рака и много други болести.

Централната роля на кислорода

Кислородът съставлява около една пета от земната атмосфера. Елементът е от съществено значение за живота - използва се от митохондриите, присъстващи на практика във всички животински клетки, за да превръща храната в полезна енергия. Ото Варбург, носителят на Нобеловата награда за физиология или медицина за 1931 г., разкрива, че въпросното превръщане е ензимен процес.

В хода на еволюцията са разработени механизми, за да се осигури достатъчно количество кислород на тъканите и клетките. Каротидното тяло в съседство с големи кръвоносни съдове от двете страни на шията съдържа специализирани клетки, които усещат нивата на кислород в тялото. Нобеловият лауреат за 1938 г. Корней Хейманс получава наградата за физиология или медицина за открития, които показват как усещането за кислород в кръвта чрез каротидното тяло контролира дишането, комуникирайки директно с мозъка.

На сцената излиза HIF (hypoxia-inducible factor - хипоксия-индуцируем фактор).

В добавка към контролираното от каротидното тяло бързо приспособяване към понижени кислородни нива (хипоксия), съществуват и други фундаментални физиологични адаптации. Ключова физиологична реакция на хипоксия е повишаването на нивата на хормона еритропоетин (EPO), което води до еритропоеза - увеличено производство на червени кръвни телца (еритроцити). Важността на хормоналния контрол на еритропоезата е известна от на 20-и век, но как този процес сам по себе си се контролира от кислорода остава загадка.

Грег Семенза изучава EPO гена и как той се регулира от променливите кислородни нива. В експерименти с генномодифицирани мишки са локализирани специфични ДНК сегменти в близост до въпросния ген, които играят ролята на посредници в реакцията на хипоксия. Сър Питър Ратклиф също изучава зависещата от кислорода регулация на EPO гена. И двата изследователски екипа установяват, че механизмът за усещане на кислорода в кръвта на практика е наличен във всички тъкани, не само в бъбречните клетки, където обикновено се произвежда въпросният ген. Техните важни открития показват, че механизмът е генерален и функционален в различни клетъчни типове.

Желанието на Семенза е да идентифицира клетъчните компоненти, които посредничат в тази реакция. В култивирани чернодробни клетки ученият открива протеинов комплекс, който се свързва с идентифицирания ДНК сегмент по кислородно зависим начин. Семенза нарича въпросния комплекс хипоксия-индуцируем транскрипционен фактор (HIF). През 1995 г. ученият публикува някои от ключовите си открития, давайки възможност на изследователите да започнат да редят пъзела.

Неочакван съюзник

Приблизително по същото време, когато Грег Семенза и Питър Ратклиф изследват регулирането на EPO гена, изследователят на рака Уилям Кейлин проучва наследствен синдром - болест на Фон Хипел-Ландау (VHL). Това генетично заболяване е свързано със значително повишен риск от някои видове рак в семейства с унаследени мутации. Кейлин показва, че VHL генът кодира протеин, който предотвратява появата на рак. Ученият установява също, че раковите клетки, лишени от функционален VHL ген, експресират необичайно високи нива на регулираните от хипоксия гени. Когато VHL генът е въведен отново в ракови клетки, нормалните нива се възстановяват. Това се оказва важна улика, която показва, че VHL по някакъв начин участва в контролирането на реакциите на хипоксия.

Благодарение на новаторската работа на тазгодишните Нобелови лауреати знаем много повече за това как различните нива на кислород регулират основните физиологични процеси. Кислородното усещане позволява на клетките да адаптират метаболизма си към ниски нива на кислород, например в мускулите по време на интензивни упражнения. Други примери за адаптивни процеси, контролирани от него, са образуването на нови кръвоносни съдове и производството на червени кръвни телца. Нашата имунна система и много други физиологични функции също са фино настроени от кислород-сензорната машинария.