Премия по медицине досталась ученым за изучение реакции клетки на уровень кислорода

В понедельник Нобелевский комитет назвал имена первых ученых, получивших в этом году самую главную научную награду. Нобелевскую премию по медицине присудили американцам Уильяму Кейлину-младшему и Греггу Семензе, а также британцу Питеру Рэтклиффу. Их наградили за изучение того, как клетки реагируют на кислород и адаптируются к изменению его уровня. Ключевой физиологической реакцией на понижение уровня кислорода является повышение в организме уровня гормона эритропоэтина (ЭПО), что приводит к увеличению производства эритроцитов. В Нобелевском комитете отмечают, что «открытие проложило путь для новых перспективных стратегий борьбы с анемией, раком и многими другими заболеваниями». Однако, как отмечают опрошенные “Ъ” российские ученые, пока в мире нет доступных пациентам препаратов, которые бы использовали открытый этой группой ученых механизм адаптации тканей к содержанию кислорода.

В пресс-релизе Нобелевского комитета говорится, что «фундаментальное значение кислорода было известно в течение многих веков», но при этом человечество не понимало, как именно клетки организма реагируют на изменение уровня кислорода в окружающей среде. Уильям Кейлин-младший, Питер Рэтклифф и Грегг Семенза «раскрыли механизм одного из самых важных адаптационных процессов в жизни», заявили в понедельник в Стокгольме. «Они создали основу для нашего понимания того, как уровень кислорода влияет на клеточный метаболизм. Их открытия также проложили путь для новых перспективных стратегий борьбы с анемией, раком и многими другими заболеваниями»,— заявили члены комитета.

Ключевой физиологической реакцией на понижение уровня кислорода (гипоксию) является повышение в организме уровня гормона эритропоэтина (ЭПО), что приводит к увеличению производства эритроцитов. Грегг Семенза и Питер Рэтклифф независимо друг от друга пытались выяснить, как именно организм понимает, что ему не хватает кислорода и надо «включать» запуск эритропоэтина. Грегг Семенза ставил опыты на генно-модифицированных мышах и обнаружил специфические сегменты ДНК, которые отвечали за реакцию организма на гипоксию. Питер Рэтклифф также изучал ген ЭПО, и оба ученых обнаружили, что механизм оценки уровня кислорода присутствовал практически во всех тканях организма. Это показало, что искомый механизм был общим для клеток разного типа.

Третий лауреат, Уильям Кейлин, изучал болезнь Гиппеля—Линдау — генетическое заболевание, при котором повышен риск развития некоторых типов рака. Ученый обнаружил, что в раковых клетках часто повышена экспрессия генов, связанных с гипоксией. Это открытие оказалось недостающей частью головоломки — с его помощью Грегг Семенза и Питер Рэтклифф установили детали механизма реакции организма на нехватку кислорода. Отметим, что Грегг Семенза и Питер Рэтклифф в 2016 году получили за эти же исследования премию Ласкера — престижную научную награду для врачей и биохимиков.

«Это уникальное открытие, огромный шаг вперед в познании молекулярных механизмов большой группы заболеваний и физиологических состояний, где есть нарушения усвоения кислорода»,— сказал “Ъ” научный руководитель Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи академик РАН Виктор Тутельян.

«Поскольку расшифровали механизм, то теперь будут искать, как блокировать или активировать этот процесс. Открываются окна возможностей для поиска специфических факторов»,— добавил он. Он пояснил, что эритропоэтин вырабатывается в почках и стимулирует производство новых эритроцитов, которые участвуют в транспорте кислорода, что «было известно»: «Но как клетка узнает, что кислорода мало, как клетки чувствуют дефицит кислорода, было недостаточно изучено». Теперь же обнаружен «посредник между концентрацией кислорода и экспрессией эритропоэтина» — специфический белковый комплекс, который связывается с дезоксирибонуклеиновой кислотой, «в результате чего клетка отвечает экспрессией гена ЭПО и начитается синтез эритроцитов».

По словам господина Тутельяна, получившие премию ученые доказали, «что когда кислорода достаточно или много, этот белковый комплекс неактивен и быстро разрушается в цитоплазме клетки». За это ответственны специальные ферменты протеасомы, за открытие которых в 2004 году Нобелевскую премию по химии получили ученые Аарон Чехановер, Аврам Гершко и Ирвин Роуз.

Заместитель гендиректора Федерального научно-клинического центра детской гематологии им. Дмитрия Рогачева член-корреспондент РАН Алексей Масчан также подчеркнул, что «расшифрованы молекулярные, генетические механизмы адаптации тканей к содержанию кислорода»:

«Оказывается, механизмы адаптации включают как повышение гемоглобина, так и стимуляцию роста сосудов. Найден общий механизм, феноменология которого была известна, но как на молекулярном и генетическом уровне факторы, повышающие гемоглобин и вызывающие рост сосудов, взаимодействуют и что является пусковым механизмом их содружественного действия, оставалось неизвестным».

«Это действительно выдающееся открытие, которое уже дает результаты в практике,— рассказал господин Масчан.— Появляются лекарства, которые действуют по этому пути: четыре недели назад в New England Journal of Medicine были опубликованы результаты испытаний одного из лекарств, которое помогает поднять гемоглобин пациентам с почечной недостаточностью, так как почки не вырабатывают эритропоэтин. До этого неинъекционные способы поднятия гемоглобина отсутствовали».

При этом он отметил, что открытие, за которое ученые получили премию, — «может быть, и не такая революция, как вакцинация или изобретение антибиотиков, но тем не менее очень значимое медицинское открытие»: «Оно может быть очень продуктивным для лечения различных тяжелых форм анемии и, что, наверное, даже более важно, для воздействия на механизмы так называемого опухолевого ангиогенеза — образования новых опухолевых сосудов, так как опухоль не может расти выше определенного объема, если не формирует в своей структуре сосуд. Один из механизмов воздействия на это новое образование — это как раз метаболический путь, который был открыт».

Тем не менее председатель Российского общества клинической онкологии (RUSSCO), замдиректора НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина, заведующий отделением клинической фармакологии и химиотерапии Сергей Тюляндин выразил удивление нынешним выбором Нобелевского комитета, не увидев «особых прорывов именно применительно к изучению механизмов адаптации опухолевых клеток к кислородному голоданию»: «Этот механизм хорошо изучен, каких-либо практических итогов в виде новых препаратов, не скажу, что появились». Он пояснил, что опухолевая клетка «отличается от нормальной клетки совершенно другим метаболизмом глюкозы»: «Казалось бы, можно найти точку приложения для поиска препаратов, которые нарушают работу ферментов. Были проведены такие работы, которые создали соответствующую молекулу, но, к сожалению, в клинику ни один из препаратов не вышел». При этом, по его словам, например, для лечения рака почки, появилось множество новых препаратов, «которые основаны на другом механизме действия». Господин Тюляндин отметил, что «практические прорывы» в связи с открытием, удостоенным нынешней Нобелевской премии, «возможны в спортивной медицине или космической».

8 октября назовут нобелевских лауреатов по физике, 9 октября — по химии. 10 октября будут присуждены премии в области литературы за 2018 и 2019 годы, 11 октября назовут лауреата премии мира.

Александр Черных, Валерия Мишина