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.

Пригоди

На суді вона розповіла: сигнали на панелі приладів не попередили її про небезпеку

26.02
Cпорт
Фото зі сторінки FC SHAKHTAR у Facebook

Подробиці про доходи найбагатших у зарплатному розрізі гравців.

26.02
Подробиці
Фото зі сторінки Шахтарі + у Facebook

Запаси вугілля на складах збільшуються через те, що Україна не встигає випрацьовувати видобуте паливо.

25.02
Подробиці

Про складні взаємини між Іраном та Україною у рамках розслідування катастрофи рейсу "Тегеран-Київ".

25.02
Подробиці

Без віз українці зможуть подорожувати Аргентиною протягом 180 днів щороку. Щоправда, одне перебування має тривати не більше 90 днів підряд.

25.02
Подробиці
Фото wikipedia.org

Позиції церков складніші і маркер "поїхав/не поїхав" ще не говорить про підтримку або засудження ПЦУ, кажуть експерти.

25.02
Здоров'я
Фото зі сторінки готелю у Facebook

Хворобу виявили в італійця, який приїхав відпочити на островах. Чоловік сам звернувся до медиків.

25.02
Cпорт
Фото з офіційного сайту Еліни Світоліної

У трьох із п'яти цьогорічних турнірів лідерка збірної України програла в дебютних поєдинках.

25.02
Подробиці
Фото зі сторінки Національного антарктичного наукового центру у Facebook

Крім південного континенту, це явище можна спостерігати в Арктиці, Альпах та інших високогірних екосистемах.

25.02
Судові історії

У суді заявив, що просто захищався, утім суд мав підстави не повірити йому.

25.02
Cтиль життя
Фото зі сторінки The Weinstein Company у Facebook

Подробиці гучного рішення суду присяжних.

24.02
Здоров'я

Нові висновки науковців - додаткова причина продовжити навчання у виші.

24.02
Cтиль життя
Фото зі сторінки Artcurial у Twitter

Організатори аукціону не очікували вторгувати за картину настільки велику суму. Що відомо про автора оригінальної "Мони Лізи"?

24.02
Політика
Фото зі сторінки Р. Насірова у Facebook

Сам ексчиновник заявляє, що не проти "приступити до виконання своїх обов'язків".

24.02
Cтиль життя
Фото зі сторінки Auschwitz Memorial у Twitter

Які аргументи в опонентів "Мисливців" і як пояснюють свої дії автори серіалу?

24.02
Подробиці
Фото зі сторінки Д. Трампа у Twitter

Що передувало такій заяві президента США і як на неї відреагували в Москві.

24.02
Cтиль життя
Фото зі сторінки Музею Барберіні в Instagram

У 2019 році цю роботу художника купили на аукціоні Sotheby's за рекордні для картини в стилі імпресіонізму 110,7 мільйона доларів.

24.02
Подробиці
Фото з Telegram

Лише в Одесі, за попередніми підрахунками, впало майже півсотні дерев.

24.02
Подробиці
Фото wikipedia.org

Що інкримінують засновникові Wikileaks і як на ці звинувачення реагує громадськість.

24.02
Здоров'я
Фото pixabay.com

Українські прикордонники будуть посилено оглядати людей, що прибувають з цієї країни.

24.02
Cпорт
Фото офіційного сайту УПЛ

Обидва гранди були за крок від стартового провалу.

24.02
Подробиці
Фото зі сторінки компанії Роснєфть у Facebook

Чому у компанії з'явилися такі проблеми, якщо обмежувальні заходи США стосувалися лише її "дочки" і венесуельської нафти?

24.02
Здоров'я
Фото depositphotos.com

Як різкі зміни синоптичної ситуації призводять до проблем зі здоров'ям. Важливі пояснення та поради.

24.02
Подробиці

ВООЗ називає стійкість деяких бактерій до ліків однією з найбільших загроз глобальній безпеці та розвитку охорони здоров'я.

23.02
показати більше