Ang tulo ka mga mananaog sa 2019 Nobel Prize sa Physiology o Medicine, William G. Kaelin, Jr., Gregg L. Semenza ug Sir Peter J. Ratcliffe nakadaog na sa 2016 Lasker Prize sa Basic Medicine alang sa ilang trabaho sa kon sa unsang paagi ang mga selula mobati ug mopahiangay. sa hypoxia, mao nga dili kini katingad-an. Ilang nadiskobrehan ug giila ang yawe nga molekula nga hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1). Karon gusto namong mobalik sa sinugdanan sa pagtuon, nga mao ang erythropoietin, o EPO, usa ka molekula sa milagro.

Kini ang labing hinungdanon nga hinungdan sa paghimo sa pula nga selula sa dugo

Ang pula nga mga selula sa dugo mao ang pinakaabunda nga matang sa mga selula sa dugo sa dugo, ug mao ang nag-unang medium sa pagdala sa oksiheno ug carbon dioxide pinaagi sa dugo sa mga vertebrates. Nahimo ang mga erythrocyte sa utok sa bukog: Ang mga hematopoietic stem cell una nga midaghan ug naglainlain ngadto sa mga kagikan sa lain-laing mga selula sa dugo, ug ang mga erythroid progenitor mahimo pa nga magkalainlain ug mahimong erythrocytes. Ubos sa normal nga mga kahimtang, ang rate sa produksiyon sa erythrocyte sa tawo ubos kaayo, apan sa ilawom sa tensiyon sama sa pagdugo, hemolysis, ug hypoxia, ang rate sa produksiyon sa erythrocyte mahimong madugangan hangtod sa walo ka beses. Niini nga proseso, ang erythropoietin EPO usa sa labing hinungdanon nga mga hinungdan.

Ang EPO usa ka hormone nga gi-synthesize sa kidney. Ang kemikal nga kinaiya niini usa ka taas nga glycosylated nga protina. Ngano sa kidney? Mga usa ka litro sa dugo ang moagos sa kidney kada minuto, aron dali ug episyenteng makamatikod sila sa mga kausaban sa lebel sa oksiheno sa dugo. Kung ang lebel sa oksiheno sa dugo ubos, ang mga kidney dali nga motubag ug makahimo og daghang EPO. Ang naulahi nag-circulate pinaagi sa agos sa dugo ngadto sa utok sa bukog, diin kini nagpasiugda sa pagkakabig sa erythroid progenitor cells ngadto sa pula nga mga selula sa dugo. Ang hamtong nga pula nga mga selula sa dugo gibuhian gikan sa utok sa bukog ngadto sa sistema sa sirkulasyon aron mapalambo ang abilidad sa lawas sa paggapos sa oksiheno. Sa diha nga ang mga kidney makamatikod sa pagdugang sa oksiheno sa dugo, kini makapakunhod sa produksyon sa EPO, nga sa baylo makapakunhod sa gidaghanon sa pula nga mga selula sa dugo sa utok sa bukog.

Naghimo kini usa ka hingpit nga adjustment loop. Bisan pa, ang mga tawo nga nagpuyo sa taas nga altitude ug pipila nga mga pasyente sa anemia kanunay nga makasugat sa kahimtang sa padayon nga ubos nga lebel sa oxygen sa dugo, nga dili makompleto ang sirkulasyon sa ibabaw ug mapukaw ang kidney nga padayon nga magtago sa EPO, aron ang konsentrasyon sa dugo EPO mas taas kaysa ordinaryong mga tawo.

Nagkinahanglan ug dul-an sa 80 ka tuig aron madiskobrehan kini

Sama sa daghang dagkong mga nadiskobrehan, ang pagsabot sa mga siyentipiko sa EPO dili hapsay nga paglawig, nga adunay mga pangutana ug mga hagit sa dalan. Nagkinahanglan kini og dul-an sa 80 ka tuig gikan sa konsepto sa EPO ngadto sa kataposang determinasyon sa espesipikong molekula.

Sa 1906, ang Pranses nga mga siyentipiko nga si Carnot ug Deflandre nag-inject sa normal nga mga koneho sa serum sa anemic nga mga koneho ug nakakaplag nga ang pulang selula sa dugo sa plasma sa normal nga mga koneho miuswag. Nagtuo sila nga ang pipila ka humoral nga mga hinungdan sa plasma makapukaw ug makakontrol sa paggama sa pula nga mga selula sa dugo. Kini ang una nga prototype sa konsepto sa EPO. Ikasubo, ang mga resulta wala masundog sa misunod nga mga dekada, nag-una tungod kay ang ihap sa bag-ong pula nga mga selula sa dugo dili tukma.

Ang parabiosis nga eksperimento ni Reissmann ug Ruhenstroth-Bauer niadtong 1950 naghatag ug lig-on kaayong ebidensiya. Gisumpay nila sa operasyon ang mga sistema sa sirkulasyon sa duha ka buhing ilaga, nga nagbutang sa usa sa usa ka hypoxic nga palibot ug ang lain nagginhawa sa normal nga hangin. Ingon usa ka sangputanan, ang duha nga mga ilaga nagpatunghag daghang mga pulang selula sa dugo. Walay duhaduha nga adunay usa ka hormone sa agos sa dugo nga nagpalihok sa paggama sa pula nga mga selula sa dugo, diin ang EPO nagkuha sa ngalan niini. Sa laing bahin, ang EPO sensitibo kaayo sa hypoxia.

Unsang molekula ang EPO? Nagkinahanglan og 30 ka tuig ang Amerikanong siyentipiko nga si Goldwasser aron sa kataposan maklaro ang problema sa lebel sa biochemical. Kung gusto sa usa ka mamumuo nga maayo ang trabaho, kinahanglan una niyang baid-an ang iyang mga himan. Ang gimbuhaton sa EPO mao ang pagpukaw sa bag-ong pula nga mga selyula sa dugo, apanang ihap sa naulahi dili tukma. Ang labing importante nga functional molekula sa pula nga mga selula sa dugo mao ang hemoglobin nga adunay heme, nga adunay ferrous ion sa sentro niini. Mao nga gimarkahan sa team ni Goldwasser ang bag-ong natawo nga pula nga mga selyula sa dugo nga adunay radioactive iron isotopes ug naghimo usa ka sensitibo nga pamaagi sa pag-ila sa kalihokan sa EPO. Kini nagpaposible sa paglain ug pagputli sa ubos kaayo nga konsentrasyon sa EPO (nanograms kada milliliter) gikan sa mga sample sa likido sa hayop. Apan ang pag-inusara sa EPO lisud kaayo. Nagbalhin sila gikan sa kidney ngadto sa anemic nga plasma sa karnero, ngadto sa ihi sa mga pasyente nga adunay grabe nga kakulangan sa iron tungod sa impeksyon sa hookworm, ug sa katapusan, sa 1977, giputli ang 8 milligrams nga protina sa EPO sa tawo gikan sa 2,550 ka litro nga ihi gikan sa mga pasyente nga Hapon nga adunay aplastic anemia.

Sa 1985, ang pagkasunodsunod sa protina ug pag-clone sa gene sa EPO sa tawo nahuman. Ang EPO gene nag-encode sa usa ka polypeptide nga adunay 193 amino residues, nga nahimong usa ka hamtong nga protina nga gilangkoban sa 166 amino acid residues human ang signal peptide giputol sa panahon sa pagtago, ug adunay 4 ka mga site alang sa glycosylation modification. Sa 1998, ang NMR solution structure sa EPO ug ang kristal nga istruktura sa EPO ug ang receptor complex niini gisusi. Niini nga punto, ang mga tawo adunay labing intuitive nga pagsabut sa EPO.

Hangtod karon, ang pagtambal sa anemia kasagarang nanginahanglan ug dugo aron mapuno ang kakulangan sa pula nga mga selyula sa dugo. Samtang ang mga tawo nakakat-on og dugang mahitungod sa EPO, ang pag-inject niini aron mapukaw ang produksyon sa pula nga selula sa dugo sa ilang kaugalingong utok sa bukog nakapasayon ​​sa problema. Apan ang pagputli sa EPO direkta gikan sa mga likido sa lawas, sama sa gibuhat sa Goldwasser, lisud ug ubos ang abot. Ang determinasyon sa protina sa EPO ug pagkasunod-sunod sa gene nagpaposible sa paghimo og recombinant nga EPO sa tawo sa daghang gidaghanon.

Gihimo kini sa usa ka kompanya sa biotechnology nga gitawag og Applied Molecular Genetics (Amgen). Natukod ang Amgen kaniadtong 1980 nga adunay pito ra nga mga miyembro, naglaum nga makahimo mga biopharmaceutical nga adunay mga bag-ong pamaagi sa biology sa molekula. Ang interferon, growth hormone releasing factor, hepatitis B vaccine, epidermal growth factor usa sa mga init nga ngalan sa ilang listahan sa mga target, apan walay bisan usa niini nga mga pagsulay nga milampos. Hangtod sa 1985, si Lin Fukun, usa ka Chinese nga siyentipiko gikan sa Taiwan, China, nag-clone sa gene sa EPO sa tawo, ug dayon nakaamgo sa paghimo sa sintetikong EPO gamit ang DNA recombination technology.

Ang recombinant nga EPO sa tawo adunay parehas nga pagkasunod-sunod sa endogenous EPO nga protina, ug adunay parehas nga pagbag-o sa glycosylation. Natural, ang recombinant nga EPO sa tawo usab adunay kalihokan sa endogenous EPO. Niadtong Hunyo 1989, ang unang produkto ni Amgen, ang recombinant nga human erythropoietin Epogen, giaprobahan sa US FDA alang sa pagtambal sa anemia tungod sa chronic renal failure ug anemia sa pagtambal sa HIV infection. Ang pagbaligya sa Epogen nag-una sa $16 milyon sa tulo lang ka bulan. Sa misunod nga duha ka dekada, gidominar ni Amgen ang merkado alang sa gi-reassembled nga EPO sa tawo. Gidala ni Epogen si Amgen og $2.5 bilyon nga kita sa 2010 lamang. Sa 2018, ang kantidad sa stock market sa Amgen mao ang $ 128.8 bilyon, nga naghimo niini nga ikawalo nga pinakadako nga kompanya sa parmasyutiko sa kalibutan.

Angay nga hinumdoman nga si Amgen sa sinugdan nagtrabaho kauban ang Goldwasser aron mahatagan ang giputli nga mga protina sa EPO sa tawo alang sa pagsunud, apan ang Goldwasser ug Amgen sa wala madugay nahulog tungod sa mga kalainan sa ideolohiya. Si Goldwasser ug ang iyang Unibersidad sa Chicago, nga naghimo sa sukaranan nga panukiduki, wala gyud maghunahuna nga patente ang hormone nga iyang nadiskobrehan, ug busa wala makadawat bisan usa ka sentimos alang sa dako nga komersyal nga kalampusan sa EPO.

Kini -- sa unsang paagi kini usa ka stimulant

Kung kita moginhawa, ang oxygen mosulod sa mitochondria sa mga selyula aron mapalihok ang kadena sa respiratoryo ug maghimo daghang daghang ATP, ang panguna nga gigikanan sa enerhiya sa atong mga lawas. Ang mga tawo nga anemic walay igong himsog nga pula nga mga selula sa dugo, ug ang labing diha-diha nga epekto mao nga sila dili mokuha ug igong oxygen, nga makapabati kanila nga gikapoy, susama sa mga problema sa pagginhawa sa dugay nga panahon. Kung giindyeksyon sa recombinant nga EPO sa tawo, ang mga lawas sa mga pasyente sa anemia nagpatunghag daghang pula nga mga selyula sa dugo,nagdala ug dugang nga oksiheno, ug nagpatunghag dugang nga molekula sa enerhiya nga ATP, nga epektibong makapahupay sa mga simtomas.

Bisan pa, ang pipila ka mga trabahante sa sports nagsugod usab sa paghunahuna sa recombinant nga EPO sa tawo. Kung ang artipisyal nga recombinant nga hormone sa tipo nga EPO gigamit aron mapukaw ang lawas sa mga atleta sa paghimo og daghang pula nga mga selyula sa dugo, posible nga mapauswag ang katakus sa mga atleta nga makakuha oksiheno ug makahimo mga molekula sa enerhiya, nga mahimo usab nga mapauswag ang pasundayag sa mga atleta sa paglahutay. mga panghitabo sama sa cycling, long-distance running ug cross-country skiing. Ang 1980 nga papel sa Journal of Applied Physiology nagpakita nga ang mga stimulant sa dugo (erythropoietin, artipisyal nga mga tigdala sa oksiheno ug mga pag-abono sa dugo) makadugang sa paglahutay ug 34 porsiyento. Kung gamiton sa mga atleta ang EPO, makadagan sila og 8 kilometros sa treadmill sulod sa 44 segundos nga mas ubos kaysa kaniadto. Sa tinuud, ang pagbisikleta ug mga marathon mao ang labing daotan nga mga nakasala alang sa mga stimulant sa EPO. Atol sa 1998 Tour de France, usa ka Spanish team doctor para sa Festina team ang gidakop sa French border nga may 400 ka botelya sa artipisyal nga recombinant nga EPO! Ang resulta, siyempre, mao nga ang tibuok team gipapahawa sa Tour ug gidili.

Ang International Olympic Committee midugang sa EPO sa gidili nga listahan niini sa 1992 Barcelona Games, apan ang pag-organisar pag-usab sa human EPO testing lisod kaayo nga sa wala pa ang 2000 Games walay paagi nga epektibong makamatikod kon ang mga atleta ba naggamit niini. Adunay daghang mga hinungdan: 1) Ang sulud sa EPO sa mga likido sa lawas ubos kaayo, ug ang EPO matag ml sa dugo sa normal nga mga tawo mga 130-230 nanograms; 2) Ang komposisyon sa amino acid sa artipisyal nga recombinant EPO parehas ra sa endogenous nga protina sa EPO sa tawo, ang porma lamang sa glycosylation gamay ra kaayo; 3) Ang tunga sa kinabuhi sa EPO sa dugo 5-6 ka oras lamang, ug sa kasagaran dili mamatikdan 4-7 ka adlaw human sa kataposang indeyksiyon; 4) Ang indibidwal nga lebel sa EPO lahi kaayo, mao nga lisud ang pag-establisar sa usa ka hingpit nga quantitative nga sumbanan.

Sukad sa 2000, ang WADA migamit sa urine testing isip bugtong siyentipikong paagi sa pag-verify alang sa direktang pagkakita sa recombinant EPO. Tungod sa gamay nga kalainan tali sa glycoylated nga porma sa artipisyal nga recombinant nga EPO ug sa EPO sa tawo, ang mga gikargahan nga mga kabtangan sa duha nga mga molekula gamay ra ug mahimong mailhan pinaagi sa usa ka pamaagi sa electrophoresis nga gitawag nga isoelectric nga pagtutok, nga mao ang panguna nga estratehiya alang sa direkta nga pagkakita sa artipisyal nga recombinant EPO. Bisan pa, ang pipila nga mga recombinant nga EPO nga gipahayag sa mga selula nga nakuha sa tawo wala’y kalainan sa glycosylation, mao nga gisugyot sa pipila nga mga eksperto nga ang exogenous EPO ug endogenous EPO kinahanglan mailhan sa lainlaing sulud sa carbon isotope.

Sa tinuud, adunay mga limitasyon sa lainlaing mga pamaagi sa pagsulay alang sa EPO. Pananglitan, si Lance Armstrong, ang American cycling legend, miangkon nga mikuha og EPO ug uban pang mga stimulant atol sa iyang pito ka kadaugan sa Tour de France, apan wala gyud siya makumpirma nga positibo sa EPO sa bisan unsang doping test niadtong panahona. Kinahanglan pa natong hulaton ug tan-awon kung kini ba "usa ka tiil nga mas taas" o "usa ka tiil nga mas taas".

Giunsa kini paghimo usa ka Nobel Prize

Usa ka katapusang pulong bahin sa koneksyon tali sa EPO ug sa 2019 Nobel Prize sa Physiology o Medicine.

Ang EPO mao ang labing kasagaran nga kaso sa panan-aw sa lawas sa tawo ug tubag sa hypoxia. Busa, si Semenza ug Ratcliffe, duha ka mananaog sa Nobel, mipili sa EPO isip sinugdanan sa pagtuon sa mekanismo sa cell perception ug pagpahaom sa hypoxia. Ang unang lakang mao ang pagpangita sa mga elemento sa EPO gene nga makatubag sa mga kausaban sa oksiheno. Giila ni Semenza ang usa ka yawe nga 256-base nga non-coding sequence sa 3 'downstream end sa gene encoding EPO, nga ginganlan ang hypoxia response element. Kung kini nga pagkasunod-sunod sa elemento gi-mutate o gitangtang, ang abilidad sa protina sa EPO sa pagtubag sa hypoxia labi nga pagkunhod. Kung kini nga pagkasunod-sunod sa elemento gisagol sa ubos nga 3 'katapusan sa ubang mga gene nga wala’y kalabotan sa hypoxia, kini nga mga giusab nga mga gene nagpakita usab nga sama sa EPO nga pagpaaktibo.ubos sa mga kondisyon sa hypoxia.

Nadiskobrehan ni Ratcliffe ug sa iyang grupo nga kini nga elemento sa pagtubag sa hypoxic dili lamang anaa sa mga selula sa kidney o atay nga responsable sa paghimo sa EPO, apan usab sa daghang uban pang mga tipo sa selula nga mahimong molihok ubos sa hypoxic nga mga kondisyon. Sa laing pagkasulti, kini nga tubag sa hypoxia mahimong dili espesipiko sa EPO, apan usa ka mas kaylap nga panghitabo sa mga selula. Kining ubang mga selula, nga dili responsable sa produksyon sa EPO, kinahanglang adunay mga molekula (sama sa mga transcription factor nga responsable sa pagpaandar sa gene expression) nga makamatikod sa mga kausaban sa konsentrasyon sa oksiheno ug mogapos sa mga elemento sa pagtubag sa hypoxic aron ma-on ang mga gene sama sa EPO.