Шаг к победе над раком⁠⁠

Нобелевская премия — престижная награда, однако для Массачусетса она точно не в диковинку. В этом году Уильям Кэлин занял свое почетное место среди более чем 100 лауреатов, так или иначе связанных с Массачусетсом, — из общего их количества немногим более 900. Иначе говоря, каждый девятый нобелевский лауреат связан с этой, в общем-то, небольшой территорией — даже не страной.

Такая впечатляющая статистика лауреатов Нобелевской премии, которую учредил шведский промышленник, изобретатель динамита Альфред Нобель, объясняется высокой концентрацией в Массачусетсе высших учебных заведений, готовящих специалистов высшей квалификации (таких вузов в штате насчитывается 122). Помимо академических центров, занимающихся научными исследованиями, в Массачусетсе базируется большое количество инновационных компаний — достаточно привести в качестве примера кластер на Кендалл-сквэр в Кэмбридже, состоящий из 25 биотехнологических и других хайтековских компаний, в том числе стартапов. Издание World Atlas называет его «самой инновационной милей планеты». А всего в штате более 430 компаний, занимающихся разработками в сфере биотехнологий, генетики, медицины и др.

Нобелевскую премию по медицине и физиологии в 2019 году вручили за открытие механизмов, благодаря которым клетки реагируют на уровень насыщенности организма кислородом. Награды удостоились трое ученых: Уильям Кэлин — профессор бостонского Института онкологии им. Дана и Фарбера, Питер Рэтклифф из Оксфордского университета и Грегг Семенза из Университета Джонса Хопкинса. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 2019 года заложили основу понимания того, как объем кислорода в крови влияет на метаболизм клеток и на их физиологические функции. Об этом открытии и о том, как оно поможет победить рак и анемию, — в этом  материале.

Предварительное изучение

Лауреаты Нобелевской премии Грегг Семенза и Питер Рэтклифф параллельно занимались изучением гена эретропоэтина (гормон, выделяемый организмом в ответ на гипоксию, стимулирует выработку новых эритроцитов) и выяснили, что его экспрессия изменяется во всех тканях организма в качестве ответной реакции на гипоксию. Уильям Кэлин, третий лауреат премии, занимался изучением редкого генетического расстройства — болезни Гиппеля-Линдау (мутация гена VHL), при котором в организме человека гораздо чаще развиваются опухоли. В ходе своего исследования ученый обнаружил, что в раковых клетках экспрессия генов, связанных с гипоксией, значительно выше, чем в здоровых тканях.

Фундаментальное научное открытие

Выяснив, как организм реагирует на гипоксию, ученые пытались найти связующее звено, которое и сообщает генам о низком уровне кислорода. Грегг Семенза обнаружил «посредника». Им оказался белковый комплекс HIF (hypoxia-inducible factor), состоящий из двух частей — HIF-1 и ARNT. Если организм содержит достаточно О2, HIF в клетках деградирует, уничтожаемый белковыми машинами — протеосомами (в 2004 году за их открытие также вручили Нобелевскую премию). Как выяснилось, мутация в гене VHL, которая наблюдается в раковых клетках, нарушает нормальный процесс разложения HIF, чем провоцирует необычайно высокую экспрессию генов, ответственных за гипоксию.

Что это дает?

Изучая О2, ученые еще в прошлом веке узнали, что его можно эффективно применять в медицине. Кислород используют при лечении туберкулеза, пневмонии, бронхита и т.д. Понимание молекулярных механизмов организма, которые помогают ему отслеживать и реагировать на разные уровни насыщения крови кислородом, является важным инструментом в лечении многих опасных заболеваний. При почечной недостаточности, например, пациенты страдают от анемии, поскольку почечные ткани не могут в нужном количестве производить эритропоэтин, из-за чего снабжение О2 резко ухудшается. Раковые опухоли, напротив, производят избыточное количество HIF, что провоцирует излишнюю выработку эритроцитов и, как следствие, рост сосудов. Таким образом рак обеспечивает себе комфортное и интенсивное развитие, увеличивая приток полезных элементов через кровь. Это явление в медицине называется ангиогенез. Это и ключ к эффективной терапии онкологии. Дальнейшее изучение открытых нобелевскими лауреатами молекулярных механизмов позволит в будущем пресекать рост опухоли в самом ее зачатке, ограничивая поступление к ней кислорода.

Источник Welcome to Massachusetts  и Announcement of the Nobel Prize in Physiology or Medicine 2019