6. júla 2020
Nobelová cena za medicínu a fyziológiu

Nobelova cena za medicínu a fyziológiu 2019

Cenu získali William G. Kaelin, Jr., Sir Peter J. Ratcliffe a Gregg L. Semenza za popísanie, ako bunky vnímajú množstvo kyslíka a ako naň reagujú. Kyslík je nutný pre život živočíšnej bunky. Umožňuje premieňať potravu, ktorú prijímame na bunkovú energiu, ktorá následne poháňa deje v bunke. Hladina kyslíka však v tele nie je stála a neustále sa mení. Napríklad pri športe, keď je kyslík viac využívaný alebo pri nadmorských výškach, kedy nie je v prostredí až tak dostupný. Rovnako to platí aj pre vývoj embrya, ktoré si musí odchytávať kyslík z krvi matky.

Na znížené množstvo kyslíka – hypoxiu musia bunky vedieť reagovať a následne upraviť procesy, ktoré prebiehajú v bunke. Výsledkom je produkcia hormónu erytropoetínu (EPO), ktorý zvyšuje tvorbu krviniek (prenášačov kyslíku po tele), ale aj úprava energetických procesov v bunke.

To, že telo reaguje na množstvo kyslíka, sa vedelo už minimálne storočie, no až oveľa neskôr sa zistilo, ako bunka dokáže určiť množstvo kyslíka, ktorý ma dostupný a ako odpoveď sprostredkuje. Gregg Semenza študoval gén pre EPO a snažil sa zistiť ako dochádza k jeho regulácii v reakcii na rôzne množstvo kyslíka. Za pomoci geneticky modifikovaných myší sa mu podarilo určiť časť DNA, ktorá je lokalizovaná hneď vedľa EPO génu a je zodpovedná za túto reguláciu. Semenza objavil proteínový (bielkovinový) komplex schopný naviazať sa na túto regulačnú časť DNA v závislosti od množstva kyslíku.

Komplex (nazvaný Hypoxia-inducibilný faktor, HIF) sa viazal na DNA a spúšťal produkciu EPO génu v prípade nízkeho množstva kyslíka – hypoxie, avšak v prípade normálnych podmienok v bunke nebol takmer prítomný. Výskum ukázal, že HIF je síce prítomný aj za bežných podmienok, avšak je rýchlo degradovaný. Počas hypoxie je však jeho ničeniu zabránené.

Ako však k zastaveniu degradácie dochádza? Odpoveď na túto otázku poskytol nobelista William Kaelin Jr študujúci nádorové bunky. Kaelin študoval dedičný syndróm mutácie VHL génu, tzv. von Hippel-Lindauov syndróm (VHL syndróm), ktorého prejavom je zvýšenie nádorových ochorení u pacientov (vzniká u nich poškodený VHL proteín).

Kaeilin si všimol, že tieto nádorové bunky s poškodeným VHL sa správajú aj pri normálnej hladine kyslíka ako počas hypoxie a produkujú rôzne látky, medzi nimi aj EPO. Po vložení zdravého VHL proteínu do chorých buniek, táto odpoveď bunky na hypoxiu prestala.

Ďalšie dieliky do záhady okolo kyslíka poskytli iné vedecké skupiny. Bolo zistené, že VHL proteín je súčasťou komplexu, ktorý v bunke označuje proteíny na zničenie. Radcliffe a jeho výskumná skupina následne zistili, že VHL a HIF spolu navzájom interagujú pri normálnej úrovni kyslíka, čo vedie k zničeniu HIF. Prečo ale k tomuto zničeniu nedochádza keď bunka kyslík nemá?

Neskôr sa zistilo, že počas prítomnosti kyslíka je na HIF pridaná -OH skupina (kyslík a vodík). Vďaka prítomnosti tejto skupiny je HIF spoznaný a naviazaný VHL proteínom a určený na zničenie. V prípade, že kyslík nie je prítomný, -OH skupina sa na HIF nepridáva, a ten vtedy nie je rozpoznaný a zničený. Môže tak plniť svoju funkciu, presunie sa do jadra, naviaže DNA a aktivuje gény potrebné pre odpoveď bunky na hypoxiu – napríklad EPO.

Toto prispôsobenie bunky umožňuje fungovanie svalov pri cvičení, vytváranie nových ciev a produkciu červených krviniek. Okrem toho že celá dráha je dôležitá pre pochopenie, ako sa bunka prispôsobuje prostrediu, popísanie tejto dráhy predstavuje aj pokrok v medicíne.

Vnímanie množstvo kyslíka je dôležité aj pri rôznych ochoreniach. Napríklad, pacienti s vážnym poškodením obličiek trpia anémiou, čo je spôsobené tým, že práve bunky obličiek produkujú EPO v odpovedi na hypoxiu. Táto dráha hrá dôležitú rolu aj pri nádorových ochoreniach. Nádory často rastú veľmi rýchlo, a ich okolie je tak chudobné na kyslík. To následne vedie k tomu, že si nádorové bunky vedia spustiť produkciu vlastných krvných ciev, ktoré prinesú živiny a podporujú rast nádoru.

Znalosť tejto dráhy nám umožňuje vstupovať od týchto procesov a zastaviť produkciu nových ciev v nádorových oblastiach alebo podporiť dráhu a spustiť produkciu EPO u pacientov s poškodením obličiek a teda zvýšiť produkciu krviniek. Hoci sa môže zdať, že za štúdium celej dráhy sú len traja výnimoční vedci, opak je pravdou. Nobelova cena je skôr symbolickou cenou ktorá oceňuje obrovskú skupinu vedcov z niekoľkých výskumných pracovísk, ktorí sa podieľali na poskúmaní, potvrdení dráhy ale aj vytvorení liečebných procesov na základe pochopenia vnímania kyslíka bunkou.

[Anna]

Viac informácií nájdete tu a tu.

Nobelova cena za chémiu
Nobelova cena za fyziku

2 thoughts on “Nobelova cena za medicínu a fyziológiu 2019

Pridaj komentár