Nagrody Nobla 2019

Taka sytuacja zdarza się nieczęsto. Tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki została przyznana za dwa różne projekty badawcze. Nie dość, że nie mają one ze sobą nic wspólnego, to na dodatek dzieli je od siebie kilkadziesiąt lat.

Medycyna i fizjologia

NOBEL ZA ODKRYCIE MECHANIZMÓW MOLEKULARNYCH UMOŻLIWIAJĄCYCH REGULOWANIE AKTYWNOŚCI GENÓW W ODPOWIEDZI NA ZMIENIAJĄCE SIĘ STĘŻENIE TLENU.

Aż do lat 90. ubiegłego wieku nauka nie miała pojęcia, jak odpowiadać na pytanie, skąd komórki wiedzą, ile mają tlenu, oraz co robią, by mieć go więcej, albo przeżyć jak najdłużej przy jego niedostatku. Tegoroczni nobliści z zakresu medycyny i fizjologii udzielili na nie fundamentalnej odpowiedzi. Ich odkrycie doczekało się już zastosowań w terapii anemii, ale możliwości są znacznie szersze, zwłaszcza w leczeniu raka.

Tlen spala pożywienie – z tego czerpiemy energię. Im większy jest nasz wysiłek, im więcej zużywamy energii, tym więcej potrzebujemy tlenu. Dzieje się tak w każdej komórce naszego ciała. To, ile tlenu do niej trafia, zależy od jego stężenia w powietrzu, szybkości oddychania, jakości naczyń krwionośnych i ilości oraz jakości czerwonych krwinek. Na każdym z tych „poziomów” nasz organizm potrafi regulować to, ile tlenu ma i ile wykorzystuje. Na przykład gdy nasze mięśnie miały go za mało wczoraj na siłowni, dziś mamy zakwasy. Mięśnie ustaliły bowiem, że tlenu jest za mało dla wymaganej od nich pracy, „włączyły” więc proces beztlenowego oddychania zwany glikolizą. Tlen pozyskały, jednak produktem takiej reakcji jest nie dwutlenek węgla, ale kwas mlekowy, który zakwasza. Więc łydki bolą.

Skąd jednak komórki wiedzą, żeby uruchomić inne mechanizmy niż te, które zwykle działają? W latach 90. XX w. Gregg Semenza wykorzystał działanie hormonu EPO produkowanego przez nerki, który powoduje, że sportowcom na obozach kondycyjnych w górach przybywa czerwonych krwinek. Naukowiec odkrył i oczyścił specjalny kompleks białkowy HIF (ang. Hypoxia Inducible Factor), który aktywuje gen kodujący EPO. HIF składa się ze znanego wcześniej białka ARNT oraz z nowego – HIF-1alfa – będącego czujnikiem tlenu. William Kaelin badał gen zdolny powstrzymać rozrost guza nowotworowego zwanego Hippel-Lindau. Odkrył dzięki temu białko VHL, jak się później okazało, kluczowe dla wyczuwania tlenu w komórce. Sir Peter J. Ratcliffe wykazał natomiast, że białko VHL wiąże się z HIF-1alfa po to, by regulować jego poziom.

Jeśli komórka ma wystarczająco dużo tlenu, to HIF-1alfa łączy się z nim, a następnie z białkiem VHL. Taki białkowy kompleks pada ofiarą pożeracza zbędnych białek komórkowych – proteasomu i ślad po nim ginie. Gdy tlenu jest za mało, VHL nie ma jak przyłączyć się do HIF-1alfa. Wówczas HIF wchodzi do jądra komórkowego, przyłącza się do ARNT i do DNA w miejscach, gdzie zaczyna się ponad 300 genów. Jakie to geny? Takie, których aktywność jest niezbędna, by przeciwdziałać szkodom wynikającym z niedoboru tlenu. Włączają się też geny odpowiedzialne za tworzenie nowych czerwonych krwinek (erytropoezę), budowanie naczyń krwionośnych (angiogenezę) dostarczających krew do tkanek oraz glikolizę. Choć jest ona znacznie mniej wydajna energetycznie od „spalania” w tlenie, organizm molekularnie kalkuluje, że lepszy rydz niż nic. Z kolei w sytuacji niedokrwienia trzeba podnosić poziom czynnika HIF. Powstają leki, które mają to zapewnić.

Mechanizmy, które opisali tegoroczni nobliści, można wykorzystać do walki z nowotworami. Komórki nowotworowe szybko się rozmnażają – do tego potrzeba energii, a więc i tlenu. Komórki guza nowotworowego w swych głębszych warstwach produkują więcej czynnika HIF, by mieć dostęp do energii. Proces ten mobilizuje powstawanie nowych naczyń krwionośnych, które będą dostarczały tlen i substancje odżywcze. Komórkom nowotworowym zapewni to życie, a nam może przynieść śmierć. Opracowanie leków zatrzymujących wzrost stężenia białka HIF w guzie spowodowałoby, że komórki nowotworowe po prostu umarłyby z powodu niedoboru energii.

Magdalena Kawalec-Segond

«« | « | 1 | 2 | 3 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Pobieranie.. Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Wiara_wesprzyj_750x300_2019.jpg