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 ГУР.

Кирило Буданов дав інтерв'ю німецьким журналістам. Про які ризики повідомив керівник української розвідки.

15.04
Подробиці
Фото зі сторінки Олександра Слобоженка в Інстаграмі.

Чартер, Ferrari, дві Lamborghini, декілька топових BMW та зйомки з гвинтокрилу. Стрибки з парашутом у Швейцарії, день народження на Ібіці, Венеція, озеро Комо, Доломітові Альпи в Італії – це лише короткий переказ однієї відпустки під час війни столичного бізнесмена та його друзів.

15.04
Подробиці
Фото СБУ.

Правоохоронці затримали митників, які обіймали високі посади. Вони обклали «даниною» українських підприємців.

15.04
Подробиці
Фото: wikimedia.org

Заступник командира Третьої окремої штурмової бригади Максим Жорін різко і критично відреагував на ідею французького президента про тимчасове перемир'я між Україною та РФ.

15.04
Подробиці
Фото Генштабу ЗСУ.

Фонд Global Survivors Fund виплатить по 3 тисячі євро людям, які стали жертвами сексуального насильства під час війни. Отримати гроші зможуть 500 постраждалих.

15.04
Подробиці
Фото ілюстративне (wikimedia.org)

На території тимчсово окупованого Криму пролунали вибухи. "Прилетіло" у командний пункт окупантів в Севастополі.

15.04
Подробиці
Фото ОП.

Віцепрезидентка США Гарріс особисто просила Зеленського утриматися від ударів по російських НПЗ. Американські журналісти пишуть, що після цієї розмови загострилися відносини Києва та Вашингтона.

15.04
Подробиці
Фото: gur.gov.ua

Секретар Ради національної безпеки та оборони України Олександр Литвиненко прокоментував можливість перевороту в Росії. За його словами, російська еліта якось може повернутись проти диктатора.

15.04
Подробиці
Фото: wikipedia.org

Норвегія пообіцяла оснастити винищувачі F-16, які країна планує передати Україні, новітнім озброєнням. Це дозволить пілотам гатити по окупантах за лінією фронту.

15.04
Подробиці
Фото: facebook.com/lvivpolice

Працівники ТЦК та СП іноді залишають повістки військовозобов'язаним у дверях їхнього житла або у поштовій скриньці. Чи дійсна така повістка?

15.04
Люди і проблеми
Фото facebook.com/GeneralStaff.ua

У тому, що Україна збереже всі території, які мала у 1991 році, впевнені лише 45% опитаних.

15.04
Подробиці
Фото: wikimedia.org

Президент Польщі Анджей Дуда заявив, що зараз немає жодних розмов про мирні перемовини між Україною та Росією. За словами політика, це пов'язано з позицією президента України Володимира Зеленського.

15.04
Подробиці
Фото: telegram.org

Тимчасово окупований Бердянськ, Запорізька область. Сьогодні, 15 квітня, жителі повідомили про вибухи у місті. Як стало відомо українській владі, "прилетіло" по базуванню росіян на заводі "ПівденьГідроМаш".

15.04
Подробиці
Скриншот з відео

Президент Франції Еммануель Макрон заявив, що він сподівається на "олімпійське перемир'я": зупинку бойових дій бодай на час Олімпіади-2024. Олімпійські ігри відбудуться у столиці Франції з 26 липня по 11 серпня 2024 року.

15.04
Політика
Фото facebook.com/GeneralStaff.ua

Після повномасштабного вторгнення РФ в Україну число російських мільярдерів скоротилося, а торік багатіїв у країні-агресорці знову побільшало.

15.04
Подробиці
Фото: dbr.gov.ua

Офіс Генпрокурора сьоггодні, 15 квітня, повідомив про завершення розслідування щодо незаконного збагачення колишнього одеського воєнкома Євгена Борисова на 150 мільйонів гривень. Він перебуває під вартою.

15.04
Подробиці
Фото:  Reuters

Для цієї операції нашим не обов'язково чекати на появу F-16 - знищити міст можемо і власними силами.

15.04
Подробиці
Фото: wikipedia.org

Patriot для України. Сценарій застосування американських систем ППО у Польщі для прикриття неба над західними регіонами України цілком реальний.

15.04
Подробиці
Фото: вікіпедія

Протягом останніх двох тижнів це прифронтове місто покидає все більше місцевих мешканців.

15.04
Подробиці
Фото: wikipedia.org

Лідер більшості в Сенаті Чак Шумер заявив, що під час недільної розмови між президентом Джо Байденом і лідерами Конгресу було досягнуто "консенсусу" щодо того, що Конгрес повинен діяти швидко, щоб відправити допомогу як Ізраїлю, так і Україні.

15.04
Подробиці
Фото: АрміяІнформ

Велика територія, довгі кордони та широка лінія фронту ускладнює ситуацію для України.

15.04
Подробиці
Скрін з сайту: ventusky.com

В Україну йде тривале похолодання з опадами та сильним вітром. У деяких областях стовпчики термометрів вночі опустяться до 6°, а вдень - до 12°.

15.04
Подробиці
Фото: wikimedia.org

Іран наперед повідомив Туреччину про заплановану операцію проти Ізраїлю. При цьому Вашингтон передав Тегерану через Анкару, що будь-які дії повинні бути “в певних межах".

14.04
Подробиці
Скрін з відео

Третя окрема штурмова бригада (ОШБр) показала відео боїв у населеному пункті під Авдіївкою. Запис зробив боєць на псевдо Серфер, який отримавши перше поранення, самотужки подолав шлях у чотири кілометри пішки.

14.04
Подробиці
Фото: twitter.com/DefenceHQ

14 квітня стало відомо, що перші українські пілоти закінчили навчання на винищувачах F-16, які проходили під керівництвом ВПС Сполученого Королівства.

14.04
Подробиці
Фото: www.facebook.com/67ombrduk

Причиною втрати важливих позицій поблизу Часового Яру були проблеми всередині самої бригади. На командирів підрозділів відкрито службові розслідування.

14.04
Здоров'я
Фото pixabay.com

18-річний львів'янин потрапив до лікарні з ураженням серця й специфічним висипом на обличчі. З'ясувалося, що сім років тому його вкусив кліщ.

14.04
Подробиці
Фото: wikipedia.org

Кримський міст, який з'єднує окупований півострів із РФ, повністю знищать до середини літа. Про це повідомляє британське видання The sun із посиланням на українських чиновників.

14.04
Подробиці
Фото: Forbes

Воїни ЗСУ вигадали просту і надійну тактику, як нищити логістику ворога.

14.04
показати більше