Premiul Nobel pentru medicina in 2019: cum se adapteaza celulele la nivelurile disponibile de oxigen

Trei cercetători în domeniul medicinei celulare au câştigat premiul Nobel pentru Medicină în anul 2019 pentru descoperirea modului în care celulele percep şi se adaptează la nivelurile disponibile de oxigen. Această descoperire va sta la baza dezvoltării de noi strategii de combatere a unor boli, inclusiv a cancerului.

William G. Kaelin, Sir Peter J. Ratcliff şi Gregg Semenza au determinat modalitatea prin care celulele umane și animale răspund la modificările cantității de oxigen la care acestea au acces. Descoperirile cruciale ale laureaților premiului Nobel din anul 2019 au dezvăluit mecanismul unuia dintre procesele adaptative esențiale ale vieții. Ei au pus bazele pentru înțelegerea modului în care nivelurile diferite de oxigen afectează metabolismul celular și funcția fiziologică.

Oxigenul în rol principal

Oxigenul (O2) constituie aproximativ o cincime din atmosfera Pământului, fiind vital pentru viețuire. Interacțiunea oxigenului cu corpul uman este un subiect care a suscitat un larg interes științific, iar descoperirea modului în care corpul carotid detectează oxigenul din sânge și, astfel, se controlează ritmul nostru respirator, comunicându-se direct cu creierul, a fost premiată în anul 1938 cu premiul Nobel pentru Medicină acordat medicului belgian Corneille Heymans. Corpul carotid, adiacent vaselor mari de sânge de pe ambele părți ale gâtului, conține celule specializate care percep nivelul de oxigen din sânge.

Enzime, proteine şi gene

Suplimentar față de mecanismul declanșat de corpul carotid, în funcție de disponibilitatea oxigenului, există și alte sisteme fundamentale de adaptare fiziologică a organismului. De exemplu, hormonul erythropoietin (EPO) este responsabil pentru creşterea numărului de celule roşii în sânge, ca urmare a scăderii nivelului de oxigen. Modul în care acest proces este controlat de nivelul de O2 rămăsese un mister. Echipe de cercetători conduse de Gregg Semenza și Sir Peter Ratcliffe au studiat gena EPO și modul în care aceasta se reglează în cazul unui nivel variabil al oxigenului. Ambele echipe au ajuns la concluzia că mecanismul de detectare a oxigenului este prezent în practic toate țesuturile, nu numai în celulele renale, unde este produsă în mod normal gena EPO. Semenza a aprofundat cercetările pentru identificarea componentelor celulare responsabile pentru acest mecansim, iar descoperirile făcute au deschis colaborarea cu profesorul William Kaelin Jr., cercetător în domeniul cancerului, angajat în studiul bolii von Hippel-Lindau (boala VHL). Descoperirile legate de această boală demonstrau că gena VHL este cumva implicată în răspunsul organismului față de nivelul scăzut de oxigen. A urmat descoperirea cheie a grupului de cercetători condus de Sir Ratcliffe: gena VHL putea interacționa fizic cu un complex de proteine identificate în cadrul cercetărilor anterioare, iar stabilirea enzimelor responsabile pentru acest fenomen i-a ajutat pe cei trei oameni de ştiință să elucideze mecanismul de detectare a oxigenului și să demonstreze modul în care acesta funcționează.

Descoperirea mecanismului molecular care reglează activitatea genelor ca răspuns la niveluri variabile de oxigen are implicații majore în medicină, acesta fiind responsabil pentru funcționarea normală a organismului şi adaptarea la factorii de mediu prin activitatea sistemului imunitar, adaptarea la altitudine, respirație, metabolism şi exerciții fizice, dar şi pentru afecțiuni cum sunt anemia, cancerul, infecțiile, infarctul şi accidentele cerebrale. Descoperirile cercetătorilor laureați ai premiului Nobel în 2019 au, aşadar, o importanță fundamentală, făcând posibile noi oportunități pentru fiziologie, şi deschizând calea către noi strategii promiţătoare de combatere a acestor boli.

Cine sunt cei trei laureați ai Premiului Nobel: William G. Kaelin Jr. s-a născut în 1957, este doctor în medicină şi cercetător american, specializat în medicină internă și oncologie la Johns Hopkins University Baltimore și la Dana-Farber Cancer Institute, Boston. El este profesor de medicină la Universitatea Harvard. Sir Peter J. Ratcliffe, cercetător britanic, s-a născut în 1954 în Lancashire, Marea Britanie. El este director de cercetare clinică la Francis Crick Institute, Londra, director al Target Discovery Institute din Oxford și membru al Institutului Ludwig pentru Cercetări în Cancer. De asemenea, el a înființat un grup de cercetare independent la Universitatea Oxford, unde este profesor din 1996. Gregg L. Semenza este cercetător american, născut în 1956 la New York. Este doctor în medicină, specializat în pediatrie. A făcut pregătire postdoctorală la Universitatea Johns Hopkins, Baltimore, unde acum este profesor, şi unde a înființat un grup de cercetare independent. Din 2003 este directorul programului de cercetare vasculară al Institutului Johns Hopkins pentru Inginerie Celulară.