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.

Люди і проблеми
Фото reuters.com

Для захисту кузова своєї сільгосптехніки використав броню з пошкодженого російського танка.

30.05
Спецтема
Фото УНІАН

Біля штаб-квартири кіберцентру НАТО в Таллінні офіційно підняли державний прапор України.

30.05
Здоров'я
Фото depositphotos.com

Діти подарували песика батькові. Невдовзі його почав турбувати свербіж, слабкість та алергія. Діагноз медиків спантеличив пацієнта.

29.05
Люди і проблеми
Фото depositphotos.com

Виплати отримуватимуть також особи, які зазнали інвалідності внаслідок контузії, травми чи каліцтва при наданні волонтерської допомоги військовим.

29.05
Люди і проблеми
Фото з фейсбук-сторінки Віталія Клубаня

Унікальну операцію провели фахівці Салтівської ветеринарної клініки, це філіал Харківського ветеринарного госпіталю.

29.05
Здоров'я
Фото depositphotos.com

За даними ВООЗ, щороку в світі 48 тисяч людей помирають від цієї онкохвороби. В Україні кожного року діагностують майже три тисячі нових випадків меланоми.

28.05
Cпорт
Фото facebook.com/minmolodsport

На першості в ізраїльському місті Ноф-га-Галіль наш спортсмен зійшовся у фіналі з багаторазовим чемпіоном світу Олександром Шварцманом.

28.05
Cпорт
Фото facebook.com/team.ukraine.rg

Тренерка збірної України з художньої гімнастики каже про несправедливе суддівство на чемпіонаті Європи.

27.05
Здоров'я
Фото shutterstock.com

Лікарі застерігають від випарювання наривів у гарячій воді та від припікання їх розпеченою цибулею. Так інфекція може лише поширитися.

27.05
Люди і проблеми
Фото з архіву Олександра Дуди

Агровиробники кажуть, що собівартість вирощування амаранту на одному гектарі поля - до 14 000 гривень, а рентабельність - близько 150%.

27.05
Cпорт
Фото gettyimages.com

Перебуваючи лише на 47-му місці у світовому рейтингу, наша майстриня великої ракетки спромоглася дістатися фіналу престижного міжнародного турніру в Римі.

26.05
Люди і проблеми
Фото depositphotos.com

Тепер молодому татусеві загрожує в'язниця. Його можуть позбавити волі на строк від 10 до 15 років.

26.05
Спецтема
Фото uk.wikipedia.org/wiki/FSAF_SAMP/T

Аналог американського Patriot і радіолокаційні станції допоможуть виявляти ворожі цілі і збивати їх.

26.05
Політика
Фото УНІАН

Росіяни розуміють, що за допомогою саботажу нічого не виграють, але далі намагатимуться сповільнювати експорт із території України.

26.05
Cпорт
Фото gettyimages.com

Дворазовий олімпійський чемпіон з боксу Василь Ломаченко програв свій найважливіший бій у кар'єрі.

25.05
Люди і проблеми
Фото depositphotos.com

Середньозважена ставка за строковими депозитами фізичних осіб на початок квітня, відповідно до оновленого “Інфляційного звіту” НБУ, зросла на 0,6% - до 12,9% річних, а за вкладами бізнесу - на 1,2%, до 13,7% річних.

25.05
Люди і проблеми
Фото gettyimages.com

Служба безпеки України нещодавно встановила шістьох мешканців столиці, які несанкціоновано поширювали інформацію про роботу сил протиповітряної оборони під час масованої атаки РФ на Київ.

25.05
Спецтема
Фото depositphotos.com

Якщо матимемо ці літаки, ворожа авіація не зможе здійснювати вогневу підтримку своїх наземних сил. Це вплине на хід війни.

25.05
Люди і проблеми
Фото depositphotos.com

Плодові та ягідні культури цієї весни постраждали не тільки від зниження температур, а й від хвороб і шкідників.

24.05
Спецтема
Фото uk.wikipedia.org/wiki/Storm_Shadow

Влада Великої Британії офіційно підтвердила, що передасть нам Storm Shadow.

23.05
Cтиль життя
Українська школярка вдруге побила світовий рекорд.“Софійка відтиснулась у гімнастичній складці 21 раз”

12-річна гімнастка за 30 секунд зробила 23 відтискання на руках з ногами на плечах, але британці не зарахували дві спроби.

22.05
Здоров'я
Фото depositphotos.com

Колись господині висушували квіти бузини й використовували їх як приправу до м'яса.

22.05
Люди і проблеми
Фото depositphotos.com

У Національній службі здоров'я України кажуть повідомляти, якщо в особистому кабінеті Helsi з'являється інформація про недостовірні візити до лікарів.

22.05
Cпорт
Фото en.wikipedia.org/wiki/Oleksandr_Sitkovskyi

Свої 12 кілометрів легкоатлет пробіг за годину і дві хвилини та став бронзовим призером.

21.05
Життєві історії
Фото Ростислава Процаніна

47-річний священник подолав тисячі кілометрів фронтових доріг, щоб повінчати і охрестити військових.

21.05
Розмова з зіркою
Фото facebook.com/larusna

Народна артистка України понад п'ятнадцять років дотримується вегетаріанства.

21.05
Здоров'я
Фото depositphotos.com

Характерним симптомом захворювання є тризм - хворий не може відкрити рота.

20.05
Cпорт
Фото facebook.com/Mahuchikh

21-річна стрибунка виграла престижні змагання серії World Athletics Continental Tour Gold у Найробі (Кенія).

20.05
показати більше