Ну, за кислород!
Информация только для медицинских и фармацевтических специалистов

Ну, за кислород!

Ежегодная Нобелевская неделя открывается объявлением лауреатов в номинации «медицина или физиология». Высшая научная награда 2019 года присуждена за работы по адаптации клеток организма к недостатку кислорода – будь то высокогорье или просто душное помещение. 


В аудитории Каролинского института, где традиционно объявляют лауреатов медицинской Нобелевки, прозвучали имена американцев Уильяма Кейлина и Грегга Семензы, а также британца сэра Питера Рэтклиффа, изучавших реакцию организма на гипоксию.


Кислород необходим для жизни животных: он используется митохондриями, присутствующими практически во всех клетках, для преобразования пищи в полезную энергию. В ходе эволюции были созданы механизмы, обеспечивающие достаточное снабжение тканей кислородом. Каротидный синус, прилегающий к большим кровеносным сосудам с обеих сторон шеи, содержит специализированные клетки, которые измеряют уровень кислорода в крови, и, напрямую посылая химические сигналы в мозг, контролируют нашу частоту дыхания.


Работы нобелиатов 2019 года пролили свет на еще один механизм адаптации к изменению уровня кислорода, на сей раз – на клеточном уровне.

Вокруг эритропоэтина

Работы нобелиатов 2019 года пролили свет на еще один механизм адаптации к изменению уровня кислорода, на сей раз – на клеточном уровне. Грегг Семенза изучал ген гормона эритропоэтина (EPO) и то, как он регулируется изменением уровня кислорода. Используя генетически модифицированных мышей, он определил специфические сегменты ДНК, расположенные рядом с EPO, которые опосредуют ответ на гипоксию. Питер Рэтклифф обнаружил, что кислород-зависимая регуляция EPO есть во всех тканях организма, а не только в клетках почек, где обычно и синтезируется эритропоэтин, то есть была показана универсальность механизма.


Далее обе исследовательские группы вышли на белковый комплекс HIF (фактор, индуцируемый гипоксией) и выяснили, что он состоит из двух факторов транскрипции, сегодня известных как HIF-1α и ARNT. Однако дальше они уперлись в стену, пытаясь понять, как все эти механизмы соотносятся между собой.

Причем тут рак?

Разгадка пришла с неожиданной стороны, от врача Уильяма Кейлина, занимавшегося проблемой наследственных злокачественных опухолей. Его работы привели к открытию еще одного гена, задействованного в ответе на гипоксию, VHL, отвечающего за синтез некоторых противораковых соединений в организме. Связь прямая: злокачественные клетки лучше чувствуют себя именно в состоянии недостатка кислорода, и эта особенность позволяет им успешно конкурировать со здоровыми клетками, которым в условиях гипоксии тяжело полноценно функционировать. 


В итоге сложилась целостная картина работы клеток в разных кислородных условиях. С точки зрения современной науки выглядит она следующим образом:


При низком уровне кислорода (то есть при гипоксии) HIF-1α защищен от уничтожения протеасомами и накапливается в ядре, где связывается с ARNT и активирует специфические последовательности в ДНК (HRE), связанные с работой клетки в условиях гипоксии (1). При нормальном уровне кислорода HIF-1α быстро уничтожается протеасомой и адаптивные механизмы не включаются (2). Кислород регулирует этот процесс за счет добавления ОН-групп к HIF-1α (3), после чего к нему присоединяется белок VHL (4). Он и становится «черной меткой» для всего комплекса, который затем уничтожается протеасомой.


При низком уровне кислорода (то есть при гипоксии) HIF-1α защищен от уничтожения протеасомами и накапливается в ядре, где связывается с ARNT и активирует специфические последовательности в ДНК (HRE), связанные с работой клетки в условиях гипоксии (1). При нормальном уровне кислорода HIF-1α быстро уничтожается протеасомой и адаптивные механизмы не включаются (2). Кислород регулирует этот процесс за счет добавления ОН-групп к HIF-1α (3), после чего к нему присоединяется белок VHL (4). Он и становится «черной меткой» для всего комплекса, который затем уничтожается протеасомой. 

Практические выводы

Благодаря новаторской работе нобелевских лауреатов 2019 года мы знаем гораздо больше о том, как различные уровни кислорода регулируют фундаментальные физиологические процессы. Кислородное зондирование позволяет клеткам адаптировать свой метаболизм к низким уровням кислорода, например в мышцах во время интенсивных упражнений.


Другие примеры адаптивных процессов, контролируемых кислородным зондированием, включают образование новых кровеносных сосудов и выработку эритроцитов. Наша иммунная система и многие другие физиологические функции также настраиваются с помощью этого механизма. Он участвует и в процессе развития плода, контролируя образование кровеносных сосудов и развитие плаценты.


Усилия академических лабораторий и фармацевтических компаний в настоящее время сосредоточены на разработке лекарств, которые могут воздействовать на различные патологические состояния, активируя или блокируя чувствительный к кислороду механизм.

 

По материалам Нобелевского комитета

https://www.nobelprize.org/

Журнал "Российские аптеки" №11, 2019

Вам могут понравиться другие статьи:

Курс на восстановление
Подробности
Курс на восстановление

После холодного сезона кожа, как правило, начинает особенно сильно испытывать нехватку влаги, питательных компонентов, а ее защитный гидролипидный слой нарушается. 

Подробнее
Новая весна
Подробности
Новая весна

С первыми лучами мартовского солнца настроение меняется: всем хочется выглядеть свежо и привлекательно. Чтобы волосы и кожа сияли здоровьем и красотой, стоит присмотреться к косметиче...

Подробнее
Косметика с мужским характером
Подробности
Косметика с мужским характером

Кожа лица у представителей сильной половины человечества имеет свои особенности: она плотная, жирная, с утолщенным роговым слоем. Эти факторы сопряжены с тремя основными проблемами, р...

Подробнее
Секреты зимнего ухода
Подробности
Секреты зимнего ухода

В холодное время года на кожу воздействует множество агрессивных факторов: мороз и холодный ветер способствуют нарушению водно-липидной мантии и обезвоживанию, ледяной снег повреждает эпид...

Подробнее
С новым сиянием!
Подробности
С новым сиянием!

Красивая кожа отличается естественным блеском – не жирным, а тем самым «свечением изнутри», которое говорит об ухоженности и здоровье. 

Подробнее
Новый год под прицелом ученых
Подробности
Новый год под прицелом ученых

Наука может изучить все, до чего дотянется. Рождественские и новогодние каникулы не исключение. Исследователи самых различных медицинских специальностей по-разному рассматривали влияние этих пр...

Подробнее
Если вы фармацевт, провизор, первостольник, специалист здравоохранения или медицинский работник наш журнал «Российские аптеки» для вас.