de Sadeesh K. Ramakrishnan, Conversația

descoperirea

În dimineața zilei de oct. 7, m-am trezit cu mesajul unui coleg care spunea că „HIF a primit Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină 2019, hoo hooo”. Aceasta este o veste interesantă pentru tinerii cercetători ca mine, care încep cariera noastră studiind hipoxia, când nivelurile de oxigen sunt scăzute în celule.

Dacă vă întrebați ce înseamnă asta pe Pământ, HIF sau factorul inductibil de hipoxie este o proteină care crește în interiorul celulei atunci când nivelurile de oxigen scad, ajutând celula să supraviețuiască.

Beneficiarii Premiului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină din acest an sunt William G. Kaelin de la Harvard Medical School, Sir Peter J. Ratcliffe de la Universitatea Oxford și Gregg L. Semenza de la Universitatea Johns Hopkins. Au câștigat pentru cercetarea lor de pionierat în modul în care celulele simt și se adaptează la condițiile cu oxigen scăzut.

Sunt biolog la Universitatea din Pittsburgh, unde eu și colegii mei studiem cum nivelurile scăzute de oxigen afectează modul în care celulele comunică și impactul pe care acesta îl are asupra bolilor metabolice precum obezitatea, diabetul de tip 2 și cancerul.

Înțelegerea modului în care celulele vorbesc între ele într-un mediu cu conținut scăzut de oxigen - ca o tumoare - este esențială pentru învățarea modului în care cancerele cresc și progresează. Lucrarea de pionierat a acestor trei eminenți oameni de știință a pus bazele cercetării mele și a multor alții care studiază boala.

Fluxul de oxigen din interiorul celulelor

Adaptarea la diferite niveluri de oxigen este una dintre adaptările evolutive cheie pentru majoritatea formelor de viață de pe Pământ. Fiecare celulă din corpul uman necesită oxigen pentru funcționarea sa normală.

Atât mediul, cât și starea fiziologică a corpului determină cât de mult oxigen este disponibil celulelor. De exemplu, la altitudini mai mari, disponibilitatea oxigenului scade. Acest lucru este deosebit de important pentru alpiniștii, care trebuie să se adapteze la altitudine pentru a-și ajuta corpul să crească capacitatea de transport a oxigenului în sânge. Acest lucru este esențial pentru a evita bolile montane și alte probleme de sănătate asociate altitudinii, cum ar fi bolile pulmonare și cerebrale.

Nivelurile de oxigen din corpul uman fluctuează constant, în funcție de faptul dacă individul mănâncă sau post, face mișcare sau se odihnește și chiar dacă este stresat sau calm. De exemplu, în timpul exercițiului, aportul de oxigen către mușchi este crescut pentru a furniza energie. Acest lucru lasă mai puțin oxigen pentru alte organe, cum ar fi ficatul.

În multe boli, deteriorarea vaselor de sânge poate scădea aportul de sânge și, astfel, furnizarea de oxigen către organul afectat, ceea ce poate face pacientul și mai bolnav. Astfel, nivelurile de oxigen din celulă sunt importante atât pentru persoanele sănătoase, cât și pentru cei bolnavi.

Simțirea oxigenului este vitală pentru sănătate și boli

Dacă oxigenul este un element atât de important pentru supraviețuire, cum face față corpul uman aceste fluctuații rapide și constante?

La începutul anilor 1990, Semenza și Ratcliffe au descoperit în mod independent că celulele se adaptează la modificările nivelurilor de oxigen făcând mai mult o proteină numită factor-1 inductibil de hipoxie sau HIF-1. Când nivelurile de oxigen scad, proteina HIF inhibă procesele celulelor care consumă oxigen prin modificarea activității a numeroase gene, permițând astfel celulelor să se adapteze rapid și să supraviețuiască mediului cu oxigen scăzut.

Câțiva ani mai târziu, Kaelin și Ratcliffe au caracterizat modul în care nivelurile de oxigen din celule reglează cantitatea de HIF-1 produsă.

După descoperirea lor seminală, numeroase studii efectuate de cercetători din întreaga lume, inclusiv ale noastre, au descoperit numeroasele roluri ale acestei proteine ​​în menținerea sănătății corpului și modul în care bolile pot apărea atunci când sistemul de detectare a oxigenului este rupt. HIF-urile sunt acum cunoscute pentru a controla o gamă diversă de funcții în multe tipuri diferite de celule, inclusiv celule imune, cerebrale și canceroase.

În ultimul deceniu, cercetătorii au arătat că HIF-urile au un rol esențial în promovarea creșterii tumorilor. Celulele canceroase se divid și cresc rapid și au un apetit mai mare atât pentru nutrienți, cât și pentru oxigen. Dar vasele de sânge care hrănesc tumora nu pot ține pasul cu creșterea cancerului.

Celulele canceroase inteligente supraviețuiesc producând cantități mai mari de proteină HIF. Proteinele HIF declanșează schimbări în metabolismul celulelor canceroase și le schimbă la un mod de oxigen scăzut și de energie scăzută. Acest lucru ajută celulele canceroase să supraviețuiască în condiții sărace în oxigen și nutrienți și să continue să crească și să se răspândească.

Unele cercetări au arătat chiar că creșterea HIF în celulele canceroase induce rezistența medicamentelor la chimioterapie. Astfel, companiile farmaceutice vizează acum HIF în tratamentul a numeroase tipuri de cancer.

Numeroase boli, cum ar fi bolile hepatice grase, bolile metabolice și cardiovasculare, sunt, de asemenea, asociate cu niveluri crescute de proteine ​​HIF în diferite țesuturi. Studiile pe animale au susținut strategia de eliminare a HIF din țesuturi specifice și valoarea terapeutică a țintirii HIF în bolile metabolice.

Deoarece oxigenul este implicat în toate procesele celulare, descoperirea mecanismelor prin care celulele sunt capabile să detecteze și să răspundă rapid la modificările nivelurilor de oxigen a revoluționat cercetarea biomedicală și a ajutat la identificarea unor ținte noi pentru diferite tratamente ale bolilor.

Acest articol este republicat din Conversație sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.