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 з Вікіпедії.

Місто, яке щодня перебуває під атаками авіабомб, артилерії, РСЗВ та дронів, хочуть прикрасити трояндами, гвоздиками, гіпсофілами та хризантемами.

08.02
Подробиці
Трамп зробив Путіну три великі подарунки, - Newsweek

Одну послугу президент США зробив безпосередньо російському диктатору, дві інші - його вірним олігархам і спецслужбам.

08.02
Подробиці
Фото ОП.

Російський диктатор Володимир Путін готується не до перемовин, а до продовження війни. Зокрема, ворог збільшує свою армію на понад 100 тисяч військових.

08.02
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Воїни 28-ї ОМБр не лише знищили російський Су-25, але, ймовірно, пошкодили ворожий гелікоптер.

08.02
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

ЗСУ з HIMARS розбили штаб росіян в Селідовому. Внаслідок удару "задвусотилося" багато російських офіцерів.

08.02
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Санкції передбачають заморожування американських активів і заборону на в'їзд до США.

08.02
Подробиці
Фото ілюстративне

Росіяни намагаються переховувати свої запаси, традиційно використовуючи цивільних жителів як щит.

08.02
Подробиці
Скрін з відео

Вогнеметна система окупантів перетворилася на згарище.

08.02
Cпорт
Фото upl.ua

У другому колі чемпіонату вже не побачимо ні Сікана, ні Зубкова, ні Степаненка.

08.02
Cтиль життя
Фото uk.wikipedia.org/wiki/Крутиголовка_звичайна

Щоб захиститися від хижаків, крутиголовка настовбурчує пір'я, крутить головою, очима і шипить, імітуючи змію.

08.02
Люди і проблеми
Фото freepik.com

Деякі експерти прогнозують, що вартість популярної крупи відчутно зросте вже найближчим часом.

08.02
Подробиці
Фото ілюстративне: armyinform.com.ua

Корейські військові, які перебували в процесі відступу з Курської області, були змушені розвернутися і контратакувати.

08.02
Подробиці
Фото getty images.

РФ знову підтягнула північнокорейських солдатів у Курську область. Вони взяли участь у штурмах і зазнали втрат.

07.02
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Із президентом України Дональд Трамп матиме зустріч, а з російським диктатором - телефонну розмову.

07.02
Подробиці
Фото Міноборони України.

Рустем Умєров призначив двох нових заступників. Обидва за своєю спиною мають величезний послужний список та бойовий досвід.

07.02
Подробиці
Фото зі сторінки Дональла Туска у Фейсбук.

Дональд Туск зазначив, що вже найближчим часом з Польщі виганятимуть іноземців, які порушили закони.

07.02
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Щоб зберегти обличчя, Путіну, можливо, доведеться обміняти тисячі квадратних кілометрів землі в Україні на кілька сотень території, які він втратив у Курській області.

07.02
Подробиці
Фото ДПСУ.

В Україні змінюються правила перетину кордону для водіїв, які перевозять гумдопомогу. Їхні дані треба буде внести в Автоматизовану систему реєстрації, але з'являться і нюанси.

07.02
Подробиці
Скриншот мапи DeepState

Міноборони РФ сьогодні, 7 лютого, заявило про захоплення Торецька на Донеччині. В Силах оборони повідомили, що в місті тривають бойові дії.

07.02
Подробиці
Фото: malopolska.policja.gov.pl

Поліцейські з групи "Швидкість" з польського Освєнцима затримали 32-річного громадянина України, якого розшукують за Червоним повідомленням Інтерполу.

07.02
Подробиці
Фото з відкритих джерел

Розвідувальний корабель країни-агресора Росії "Кільдін" загорівся біля узбережжя Сирії, але екіпаж проігнорував пропозицію про допомогу з боку судна НАТО.

07.02
Подробиці
Фото ілюстративне, з відкритих джерел

Поліцейські Буковини з'ясовують обставини смерті чоловіка в обласному ТЦК та СП. Це сталось 7 лютого.

07.02
Подробиці
Фото: t.me/BILD_Russian

У всьому світі все більше політичної влади опиняється в руках старших людей: йдеться про правителів США, Росії, Китаю, Індії, Ірану.

07.02
Cпорт
Фото facebook.com/UkrainianTennisFederation

Уперше з 2012 року українці виступатимуть у Другій світовій групі.

07.02
Подробиці
Фото: Defence Express

Лише минулоріч Силам оборони передали 250 нових зразків БПЛА.

07.02
Люди і проблеми
Фото facebook.com/MyroslavBiletskyi.official

Експерти кажуть, що завозити в Україну людей для некваліфікованої роботи - неприпустимо.

07.02
Подробиці
Фото: Національна поліція

Загалом цієї ночі ворог випустив по Україні 112 своїх дронів.

07.02
показати більше