Затамувавши подих: що дає світу відкриття цьогорічних нобелівських лауреатів з медицини

Про молекулярні "датчики" кисню, супердопінг і боротьбу з онкоклітинами.

Фото unsplash.com
Фото unsplash.com

Як відомо, жоден фізіологічний процес не може відбуватися без енергії. Одним із її джерел для людського організму є кисень, тому своєчасне та достатнє постачання оксигеном тканин — передумова нашого життя. Концентрація кисню в тілі людини — чи не найважливіший параметр рівноваги внутрішнього середовища організму (так званого гомеостазу). Іншими словами, в нас існує низка біологічних систем, які контролюють рівень кисню й змушують організм швидко реагувати на його зміни.

Нестача оксигену в тілі може виникнути з кількох причин: через зменшення його концентрації у зовнішньому середовищі (наприклад, у горах), через порушення надходження цього газу в організм (скажімо, внаслідок проблеми із прохідністю дихальних шляхів, коли людина чимось поперхнулася) або ж через те, що в якийсь момент організм споживає більше енергії, ніж зазвичай, а тому використовує більше кисню та потребує більшого його надходження. Це трапляється, наприклад, при фізичному навантаженні.

Нестача кисню, з якої б причини вона не виникла, називається гіпоксією, а пристосувальні реакції до цього стану можуть бути негайними, як от збільшення частоти та глибини дихання, та відтермінованими, які реалізуються завдяки активації зчитування певних генів і подальшого утворення білків, що забезпечують адаптацію до гіпоксії. За вивчення останніх цього року і було вручено Нобелівську премію в галузі фізіології та медицини: Вільяму Кейліну, Грегу Семенці і Пітеру Реткліффу.

Українські вчені теж "у темі"

Багатьом відомо, що у мешканців гірських поселень, де рівень кисню у повітрі нижчий, з часом збільшується кількість еритроцитів та гемоглобіну, які цей кисень переносять. Таке явище досліджували тривалий час вчені різних країн, зокрема й України. Наприклад, під керівництвом учня Олександра Богомольця Миколи Сиротиніна засновано українську школу із вивчення гіпоксії. А у нашому Інституті існує створений Сиротиніним Відділ гіпоксії, співробітники якого мають декілька книжок у співавторстві із цьогорічним Нобелівським лауреатом Грегом Семенцою.

Також досі існує заснована Сиротиніним українська біологічна станція поблизу Ельбруса на Кавказі, де проводиться вивчення гіпоксії на лабораторних тваринах. І навіть моя перша студентська наукова робота пов’язана із моделюванням гіпоксії у щурів за допомогою барокамери.

HIF завжди напоготові

Одним із перших описаних факторів, що пристосовують організм до гіпоксії, став гормон еритропоетин, який виробляють нирки. Він стимулює кістковий мозок продукувати більше еритроцитів. Згодом двоє з трьох нинішніх лауреатів Пітер Реткліфф та Грег Семенца виявили, що активація зчитування гену еритропоетину відбувається під час гіпоксії за допомогою спеціального фактору, який Семенца назвав "фактор, який індукує гіпоксія" (Hypoxia-Induced Factor) — HIF. Він здатен переходити у ядро клітини та вибірково зв’язуватись із генами, які відповідають за пристосування до гіпоксії. Вчені також з'ясували, що HIF має дуже короткий період життя й за наявності кисню руйнується протягом 5-10 хвилин.

Третій цьогорічний лауреат Вільям Кейлін відкрив ще один білок, який відповідає за руйнування HIF при нормальній концентрації кисню в клітинах. Маємо дивну на перший погляд ситуацію: за нормальних умов кожна клітина нашого організму постійно утворює та майже одразу руйнує білок HIF. І це тільки для того, щоб він завжди був напоготові, якщо раптом трапиться гіпоксія. Коли ж кисню стає менше, то HIF не руйнується, а прямує до ядра та стимулює там зчитування генів, що сприяють адаптації до гіпоксії, зокрема опосередковано підвищує кількість гемоглобіну, еритроцитів, ферментів окиснення-фосфорилювання мітохондрій тощо.

Кожна клітина нашого організму постійно утворює та майже одразу руйнує білок HIF. І це тільки для того, щоб він завжди був напоготові, якщо раптом трапиться гіпоксія.

Значення відкриття для світу

З’ясування цього складного механізму має надзвичайний вплив на сучасну науку та медицину. По-перше, стало нарешті зрозуміло, які молекулярні "датчики" кисню встановлені у наших клітинах і яким чином забезпечується їхня висока чутливість до такого очевидного на перший погляд параметру, як рівень кисню в організмі.

По-друге, як і будь-яке фундаментальне відкриття, система HIF надає широкі можливості для впливу на здоров’я організму. Якщо запобігти руйнуванню HIF за нормальної концентрації кисню, то можна значно підвищити витривалість організму до фізичного навантаження, коли потреба в оксигені зросте, тобто створити щось на кшталт супердопінгу. Досліди на щурах, які проводили зокрема і в нашому Інституті, показали, що таке втручання дійсно підвищує витривалість, однак призводить до серйозних ушкоджень м'язів.

З іншого боку, однією із пристосувальних реакцій до гіпоксії є проростання нових кровоносних судин, чим, до речі, користується під час свого неконтрольованого росту онкологічна пухлина. Отже, для запобігання утворенню в ній нових судин можна запобігти накопиченню HIF в клітинах (тобто продовжувати його руйнувати навіть тоді, коли кисню мало). Однак такі стратегії лікування наразі не є успішними, оскільки важко зробити цей вплив локальним. Адже якщо HIF перестає працювати в усьому організмі, то шкоди зазнає не тільки пухлина, але й здорові тканини та органи.

Нарешті дуже цікавим є те, що гіпоксія часто стає стимулом для міграції клітин з однієї ділянки організму до іншої — тієї, яка опинилася в умовах кисневого голодування. Це потенційно зможе дозволити хоча б опосередковано впливати на процеси міграції клітин та скеровано направляти потрібні клітини у потрібне місце.

Важливим є також і те, що система HIF лежить в основі будь-яких тренувань, пов’язаних із нестачею кисню. Отримані знання дозволять розробити медикаменти для допомоги пацієнтам, що не здатні займатися фізичними вправами через свою хворобу. Ну а для здорових людей завжди актуальна порада про необхідність фізичних вправ отримала ще одне вагоме підтвердження: діяльність фактора HIF при помірній гіпоксії, викликаній фізичним навантаженням, стимулює утворення нових клітин крові й оптимізує тканинне дихання.

Пропонуємо також вашій увазі текст Імунітет проти раку: як це працює.

Подробиці
Фото Херсонської ОВА.

У Херсоні від 20 листопада через російські обстріли загинули 19 людей.

06.12
Подробиці
Фото Генштабу ЗСУ.

Авіація Сил оборони України протягом доби завдала 14 ударів по районах зосередження особового складу.

06.12
Подробиці
Фото СБУ.

Російський капітан зупинив беззбройного 70-річного місцевого жителя, вдарив його в обличчя прикладом автомата та здійснив кілька пострілів.

06.12
Спецтема
Фото freepik.com

Держава вилучила у свою власність активи Ігоря Коломойського, Костянтина Жеваго, В'ячеслава Богуслаєва, Геннадія Боголюбова та Костянтина Григоришина

06.12
Люди і проблеми
Фото freepik.com

Мобінг - це систематичне цькування працівника, зазвичай з метою його звільнення.

06.12
Люди і проблеми
Фото facebook.com/DonorUA.Ukraine

В Україні триває національна кампанія “Твоя кров може воювати. Стань донором”.

06.12
Подробиці
Фото з Telegram-каналу Андрія Єрмака.

Україна повернула додому й тіла 49 загиблих.

06.12
Здоров'я
Фото facebook.com/1tmolviv

Після аутотрансплантації у травмованій нозі бійця почали частково передаватися нервові імпульси. Тож є надія, що він знову зможе самостійно ходити.

06.12
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Відомий російський загарбник пожалівся, що перебував на фронті на "пташиних" правах.

06.12
Подробиці
Фото зі сайту Кремля.

На думку американських аналітиків, нові удари засвідчили готовність Києва вести бій на базах у серці Росії.

06.12
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Україна радить Будапешту бодай закликати Росію припинити війну.

06.12
Судові історії
Фото depositphotos.com

Восьмикласниця виклала це відео на своїй сторінці в мережі “Інстаграм”.

06.12
Подробиці
Фото Генштабу ЗСУ.

Загальні втрати ворога з початку повномасштабного вторгнення сягнули 92 200 осіб.

06.12
Подробиці
Фото Генштабу ЗСУ

Підірвано колаборанта, який до 24 лютого очолював осередок Соціалістичної партії.

06.12
Подробиці
На відновлення енергосистеми після сьогоднішніх російських ударів потрібно один-два дні, — Укренерго

Володимир Зеленський назвав регіони, де відбувається найбільше відключень світла.

05.12
Подробиці
У Росії хочуть мобілізувати бездомних собак на війну в Україну, щоб вони підривали танки

Міноборони України висміяло заяви кремлівських пропагандистів про "клонованих воїнів ЗСУ".

05.12
Подробиці
Вчора у Почаєві співали російські пісні. В УПЦ МП намагаються виправдатися  і назвали це провокацією

Тернопільська облрада вимагає ухвалити рішення про передачу Свято-Успенської Лаври в користування ПЦУ.

05.12
Подробиці
СБУ затримала банкіра з Херсона, який за вказівкою гауляйтера Сальдо вводив у місті рубльову зону

На Миколаївщині колаборантка визначала придатність будівель до "розквартирування" російських окупантів.

05.12
Здоров'я
Фото gettyimages.com

Якщо ж ненормативні слова стають фоном у розмові, то це свідчить про низьку самооцінку або у людини бідний словниковий запас.

05.12
Подробиці
У Саратовській області та біля Рязані на аеродромах сталася бавовна, – ЗМІ

У розвідці Британії прогнозують зменшення атак російської тактичної авіації.

05.12
Люди і проблеми
● Ця залізобетонна конструкція витримує навантаження 10 тонн на квадратний метр.

На виготовлення 10 споруд витратили майже три мільйони гривень.

05.12
Подробиці
Єврокомісія підготували 9-й пакет санкцій проти Росії. Що він передбачає?

Руйнівні наслідки західних санкцій спостерігаються у всіх сферах економіки РФ, і вони посилюються.

05.12
Подробиці
Путін значно переоцінив можливості своєї армії, а Китаю варто винести уроки з російської війни в Україні

У Конгресі США триває робота над альтернативою визнання Росії "країною-спонсором тероризму".

05.12
Подробиці
ЗСУ ведуть контрнаступ у напрямку Сватового, Кремінної та завдають ракетних углиб ворожих позицій

У районі Бахмута окупанти щодоби втрачають близько сотні пораненими та убитими.

05.12
Подробиці
Чотири регіони і столиця повертаються до графіків планових відключень електроенергії

Щоб вистояти цю зиму, вся Україна має стати одним великим пунктом незламності, заявив Володимир Зеленський.

05.12
Як це було
● Микола Сорокаліта.

Ця пісня стала настільки популярною, що чимало людей вважають її народною.

04.12
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Ініціативу французького президента критично сприйняли в Києві.

04.12
Здоров'я
Фото depositphotos.com

Чимало батьків використовують інгаляції, зокрема небулайзери, коли у дітей кашель. Утім це не завжди доречно, кажуть лікарі.

04.12
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

За два тижні 19 херсонців загинули від російських обстрілів.

04.12
показати більше