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.

Автор: Василь Нагібін, кандидат медичних наук
Подробиці
Фото: wikimedia.org

Москва не здатна вести війну з Україною самотужки.

08.07
Cтиль життя
Фото з архіву Мирослава Гочачка

На схід волонтери їздять щомісяця, допомогу та передачі возять на Донеччину, Харківщину, Луганщину.

08.07
Подробиці
Скрін з відео

Освітня омбудсменка Надія Лещик дала пораду вчителям і директорам шкіл.

08.07
Життєві історії
Фото з архіву Лариси Чижик

Жінка мешкає у селі Гектари. Понад 37 років жінка вчителювала, виховала за цей час не одне покоління учнів. Нині ж найбільша втіха довгожительки - діти, 11 онуків і 16 правнуків.

08.07
Подробиці
Фото: Поліція Києва

Зловмисник вистрелив у жертву у припаркованому авто рано вранці.

08.07
Подробиці
Фото: expres.online

Американський президент розкритикував Путіна і сказав, що не залишить українців без допомоги.

08.07
Подробиці
Фото: t.me/atesh_ua

У місті помітили підрозділи щонайменше чотирьох військових формувань ворога.

07.07
Подробиці
Фото: wikimedia.org

Це перша за довгий час атака на нафтопереробні підприємства.

07.07
Подробиці
Скрін з відео

Найбільше жертв - у християнському таборі для дівчаток, що розташований на березі річки.

07.07
Подробиці
Росія б’є по будівлях ТЦК: українці нібито самі здають координати у соцмережах

Сьогодні після атаки на Запорізький обласний ТЦК та СП двох військовослужбовців госпіталізовано у стані середньої тяжкості.

07.07
Подробиці
Фото: Нацполіція

Увечері 2 липня в селі Березиній Житомирського району, поблизу автошляху Київ-Чоп, сталося два вибухи. Внаслідок цього загинули двоє людей, ще 83 отримали тілесні ушкодження різного ступеня тяжкості, були пошкоджені будівлі та транспортні засоби.

07.07
Подробиці
Фото: telegram.org

Ексглава Мінтрансу Росії Роман Старовойт знайдений убитим у Підмосков'ї. За попередніми даними, він вчинив самогубство у власному автомобілі "Тесла".

07.07
Подробиці
Скриншот з відео

28-річний чоловік на Львівщині знову потрапив у соцмережі: він вкотре посадив малу доньку за кермо автівки.

07.07
Подробиці
Фото: wikimedia.org

Глава МЗС Росії Сергій Лавров пояснив позицію Росії щодо умов припинення війни в Україні. За його словами, "Москва не закрита для миру".

07.07
Подробиці
Фото: Нацполіція

Служба безпеки та Національна поліція заблокували 6 нових схем ухилення від мобілізації у різних регіонах України. За результатами комплексних заходів затримано 21-го організатора оборудок.

07.07
Подробиці
Фото: telegram.org

Курсанти Рязанського вищого училища повітряно-десантних військ імені генерала В. П. Маргелова вбили свого командира, зав'язавши стропи його парашута.

07.07
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Українські біженці в Нідерландах сплачуватимуть більш ніж удвічі більший особистий внесок.

07.07
Подробиці
Фото getty images.

Особливо бійців обурює той факт, що Україна знехтувала можливістю надійно укріпити прикордоння Сумщини, коли ЗСУ контролювали великі території Курської області.

07.07
Cтиль життя
Фото Ірини Бодруг

За словами матері, її дочка дуже хотіла допомагати ЗСУ, адже четверо її двоюрідних дядьків нині захищають Батьківщину на фронті.

07.07
Подробиці
Фото getty images.

Конфлікт Стармера і Макрона поставив під загрозу "Коаліцію охочих".

07.07
Люди і проблеми
Фото Н. Д.

Фінансова подушка - розкіш, яку не кожен може дозволити собі в Україні.

07.07
Подробиці
Фото Генштабу ЗСУ.

Водночас окупанти захопили два села на Донеччині та на Запоріжжі.

07.07
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Трамп заявив, що "багато допомагає" Україні та висловив задоволення розмовою із Зеленським.

07.07
Подробиці
Фото ГУР.

Видання пише, що Буданов зберіг посаду через підтримку міжнародних партнерів.

06.07
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Для Пекіна зручною є ситуація, коли всю "важку роботу" в протистоянні Заходу робить Росія, а Китай отримує політичні дивіденди.

06.07
Подробиці
Танкер Eco Wizard. Фото із соцмереж.

Від початку 2025 року це вже шостий танкер, який заходив у російські порти і постраждав унаслідок вибуху.

06.07
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Крім того, члени Компартії закликади Путіна "повернути місту Волгограду та Волгоградській області їхні героїчні найменування Сталінград та Сталінградська область".

06.07
Подробиці
Фото з Вікіпедії.

Будь-яка авіаційна аварія, яка змусить літак Путіна приземлитися в Брюсселі, Лондоні, Римі, Парижі, Стокгольмі, Токіо або Сіднеї, може призвести до того, що він буде змушений вирушити на суд до Гааги.

06.07
показати більше