Нобелевскую премию по медицине присудили за исследования реакции клеток на кислород

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2019 году стали двое американских ученых и один британец: Уильям Келин, Грегг Семенца и сэр Питер Рэтклиф за исследования того, как клетки реагируют на кислород и его отсутствие. За прямой трансляцией объявления победителей можно следить на сайте Нобелевского комитета. Подробнее об их исследованиях можно прочитать в пресс-релизе.

В отсутствие кислорода в организме млекопитающих почки выбрасывают в кровь эритропоэтин. Это гормон, который стимулирует производство новых эритроцитов для транспорта кислорода. Однако как именно клетки чувствуют, достаточно ли им кислорода, долгое время оставалось неизвестным.

Грегг Семенца (Gregg Semenza) изучал ген эритропоэтина и то, как его работа запускается в ответ на гипоксию. Питер Рэтклифф (Peter Ratcliffe) независимо от него тоже занимался исследованием этого гена, и вместе они обнаружили, что кислород регулирует его экспрессию в самых разных тканях организма, а не только в почках, как можно было предположить изначально. В попытках найти посредника между концентрацией кислорода и экспрессией гена эритропоэтина, Семенца обнаружил HIF— hypoxia-inducible factor — белковый комплекс, который связывается с ДНК напрямую.

Когда кислорода в клетках достаточно, HIF неактивен и быстро деградирует в цитоплазме клетки. Уничтожением его занимаются протеасомы — белковые машины, за открытие которых Нобелевскую премию присудили в 2004 году. Они расщепляют белки, на которых появляется убиквитиновая метка. И здесь проявил себя третий лауреат этого года, Уильям Келин (William Kaelin). Он изучал болезнь Гиппеля-Линдау — генетическое заболевание, при котором чаще развиваются некоторые типы рака. Келин обнаружил, что в раковых клетках часто повышена экспрессия генов, связанных с гипоксией. Болезнь Гиппеля-Линдау связана с мутацией в гене VHL. Келин выяснил, что белок VHL входит в состав протеасомы и участвует в убиквитинировании и, следовательно, расщеплении HIF.

Механизм, с помощью которого клетки реагируют на концентрацию кислорода, играет роль в развитии разных болезней человека. Например, пациенты с почечной недостаточностью страдают от анемии, поскольку почки не справляются с производством эритропоэтина. А многие опухоли, напротив, производят избыточное количество белков, связанных с гипоксией, чем стимулируют рост сосудов. Детальное понимание сигнального каскада, который лежит в основе этих событий, может помочь в разработке лекарств для усиления или подавления ответа на гипоксию в клетках.

Каждый год накануне вручения Нобелевской премии разворачивается гонка предсказаний. Лидером в ней считается агентство Clarivate Analytics, которое строит свои прогнозы на лауреатов по уровню их цитируемости. В этом году в список Citation Laureates попали 6 ученых из области физиологии или медицины. Первый — Ханс Клеверс — за исследования сигнального пути Wnt, который играет важную роль в дифференцировке стволовых клеток и онкогенезе. Еще двое — Джон Капплер и Филиппа Маррак — они исследовали механизмы развития аутоиммунных заболеваний и систему аутотолерантности иммунных Т-клеток, которая призвана эти заболевания предотвращать.

Кроме того, возможными лауреатами назвали еще трех ученых — Эрнста Бамберга, Карла Дейссерота и Геро Мизенбёка — они разработали метод оптогенетики, который позволяет избирательно включать и подавлять активность клеток, в частности, разных групп нейронов в мозге. Clarivate Analytics известна тем, что ее прогнозы часто сбываются, но обычно опережают решение Нобелевского комитета на пару лет. В этом году лидер гонки предсказаний, кажется, промахнулся — новых лауреатов не было в списках последних лет. О том, кто вошел в Citation Laureates в других номинациях, читайте в нашем блоге «Гадание на нобелиатов».

В 2018 году лауреатами Нобелевской премии по медицине или физиологии стали ученые Джеймс Эллисон и Тасуку Хондзё. Они обнаружили на Т-лимфоцитах молекулы, которые блокируют их активность и назвали их «чекпоинтами». Оказалось, что раковые клетки могут действовать на эти чекпоинты и тем самым спасаться от иммунного ответа. Позже были разработаны лекарства — чекпоинт-ингибиторы — которые уже применяются на практике в противоопухолевой терапии. Подробнее об этом читайте в нашем материале «Спустить собак с цепи».

В 2017 году премия досталась троим американцам — Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу — за открытие молекулярных процессов, которые запускают в клетках биологические ритмы. Подробнее об этом рассказывает наш материал «Ход часов лишь однозвучный».

Полина Лосева