Bhuaigh triúr buaiteoirí Dhuais Nobel 2019 san Fhiseolaíocht nó sa Leigheas, William G. Kaelin, Jr., Gregg L. Semenza agus Sir Peter J. Ratcliffe Duais Lasker 2016 i Leigheas Bunúsach as a gcuid oibre ar conas a bhraitheann cealla agus a oiriúnú. hypoxia, mar sin ní raibh sé iontas go háirithe. D'aimsigh siad agus d'aithin siad an príomhfhachtóir móilín hypoxia-inducible 1 (HIF-1). Sa lá atá inniu ba mhaith linn dul ar ais go dtí bunús an staidéir, arb é erythropoietin, nó EPO, móilín miracle.

Is é an fachtóir is tábhachtaí i dtáirgeadh ceall dearg fola

Is iad cealla fola dearga an cineál cealla fola is flúirseach san fhuil, agus is iad an príomh-mheán chun ocsaigin agus dé-ocsaíd charbóin a iompar trí fhuil veirteabraigh. Gintear erythrocytes sa smior: iomadaíonn gaschealla hematopoietic ar dtús agus déantar iad a dhifreáil ina n-easpórtálaithe de chealla fola éagsúla, agus is féidir le sleachta erythroid idirdhealú agus aibíocht a dhéanamh níos faide isteach i erythrocytes. Faoi ghnáthchoinníollacha, tá ráta táirgthe erythrocyte daonna an-íseal, ach faoi strus mar fhuiliú, hemolysis, agus hypoxia, is féidir an ráta táirgthe erythrocyte a mhéadú suas le hocht n-uaire. Sa phróiseas seo, tá erythropoietin EPO ar cheann de na fachtóirí is tábhachtaí.

Is hormón é EPO a shintéisítear go príomha sna duáin. Is próitéin ard-gliocóisilithe é a nádúr ceimiceach. Cén fáth sna duáin? Sreabhann thart ar lítear fola trí na duáin gach nóiméad, ionas gur féidir leo athruithe ar leibhéil ocsaigine san fhuil a bhrath go tapa agus go héifeachtach. Nuair a bhíonn leibhéil ocsaigine san fhuil íseal, freagraíonn na duáin go tapa agus táirgeann siad líon mór EPO. Scaipeann an dara ceann tríd an sruth fola chuig an smior, áit a spreagann sé comhshó cealla progenitor erythroid i gcealla fola dearga. Scaoiltear cealla fola dearga aibí ón smior isteach sa chóras imshruthaithe chun cumas an chomhlachta ceangal le ocsaigin a fheabhsú. Nuair a bhraitheann na duáin méadú ar ocsaigin san fhuil, laghdaíonn siad táirgeadh EPO, rud a laghdaíonn líon na gcealla fola dearga sa smior.

Déanann sé seo lúb coigeartaithe foirfe. Mar sin féin, is minic a bhíonn leibhéal ocsaigine fola íseal leanúnach ag daoine a chónaíonn ar airde ard agus roinnt othar anemia, rud nach féidir leis an gcúrsaíocht thuas a chomhlánú agus an duán a spreagadh chun EPO a secrete go leanúnach, ionas go mbeidh an tiúchan EPO fola níos airde ná gnáth daoine.

Thóg sé beagnach 80 bliain chun é a nochtadh

Cosúil le go leor fionnachtana móra, ní raibh tuiscint na n-eolaithe ar OPE réidh, le ceisteanna agus dúshláin ar an mbealach. Thóg sé beagnach 80 bliain ó choincheap an OPE go dtí cinneadh deiridh an mhóilín ar leith.

I 1906, chuir eolaithe na Fraince Carnot agus Deflandre instealladh gnáthchoiníní le serum coiníní ainéimeacha agus fuair siad amach go raibh méadú ar líon na gcealla fola dearga i bplasma na gcoiníní gnáth. Chreid siad go bhféadfadh roinnt fachtóirí humoral sa plasma táirgeadh cealla fola dearga a spreagadh agus a rialáil. Ba é seo an chéad fhréamhshamhail coincheap EPO. Ar an drochuair, níor rinneadh na torthaí a mhacasamhlú sna blianta ina dhiaidh sin, go príomha toisc nach raibh comhaireamh na gcealla fola dearga nua cruinn.

Chuir turgnamh parabiosis Reissmann agus Ruhenstroth-Bauer i 1950 fianaise láidir ar fáil. Cheangail siad go máinliachta córais imshruthaithe dhá fhrancach bheo, ag cur ceann amháin i dtimpeallacht hypoxic agus an ceann eile ag análú gnáth-aer. Mar thoradh air sin, tháirg an dá lucha méideanna ollmhóra de chealla fola dearga. Níl aon amhras ach go bhfuil hormone sa sruth fola a spreagann táirgeadh cealla fola dearga, as a bhfaigheann EPO a ainm. Ar an láimh eile, tá EPO an-íogair do hypoxia.

Cén móilín é EPO? Thóg sé 30 bliain eolaí Meiriceánach Goldwasser chun an fhadhb a shoiléiriú ar deireadh ag an leibhéal bithcheimiceach. Más mian le hoibrí jab maith a dhéanamh, caithfidh sé a chuid uirlisí a ghéarú ar dtús. Is é an fheidhm atá ag EPO cealla fola dearga nua a spreagadh, achníl comhaireamh an dara ceann cruinn. Is é an móilín feidhmiúil is tábhachtaí i gcealla dearga fola ná haemaglóibin ina bhfuil heme, a bhfuil ian neamhfheiriúil ina lár. Mar sin rinne foireann Goldwasser cealla fola dearga nuabheirthe a lipéadú le iseatóip iarainn radaighníomhacha agus d'fhorbair siad modh íogair chun gníomhaíocht EPO a bhrath. Fágann sin gur féidir tiúchain an-íseal EPO (nanagram an millilítear) a leithlisiú agus a íonú ó shamplaí sreabhán ainmhithe. Ach bhí iargúltacht OPE thar a bheith deacair. D'aistrigh siad ó duáin go plasma caorach ainéimeach, go fual na n-othar a raibh easnamh iarainn tromchúiseach orthu mar gheall ar ionfhabhtú hookworm, agus ar deireadh, i 1977, íonaigh siad 8 milleagram de phróitéin EPO daonna ó 2,550 lítear fual ó othair Seapánacha a raibh ainéime aplastic orthu.

I 1985, críochnaíodh seicheamhú próitéine agus clónáil géine EPO daonna. Ionchódaíonn géine EPO polaipeiptíde le 193 iarmhair aimín, a thagann chun bheith ina phróitéin aibí comhdhéanta de 166 iarmhair aimínaigéad tar éis an peptide comhartha a ghearradh le linn an secretion, agus tá 4 shuíomh ann le haghaidh modhnú glycosylation. I 1998, rinneadh anailís ar struchtúr réitigh NMR EPO agus ar struchtúr criostail EPO agus ar a choimpléasc gabhdóra. Ag an bpointe seo, tá an tuiscint is iomasach ar OPE ag daoine.

Go dtí seo, bhí gá le fuilaistriúcháin de ghnáth le cóireáil le haghaidh anemia chun easnamh na gcealla fola dearga a athlánú. De réir mar a fhoghlaimíonn daoine níos mó faoi EPO, d'éirigh leis an bhfadhb a instealladh chun táirgeadh cille fola dearga a spreagadh ina smeara féin. Ach tá sé deacair EPO a íonú go díreach ó shreabháin choirp, mar a rinne Goldwasser, agus tá an táirgeacht íseal. Mar gheall ar chinneadh próitéine EPO agus seicheamh géine bhí sé indéanta OPE daonna athchuingreach a tháirgeadh i gcainníochtaí móra.

Cuideachta biteicneolaíochta ar a dtugtar Géineolaíocht Mhóilíneach Fheidhmeach (Amgen) a rinne é. Bunaíodh Amgen i 1980 agus gan ach seachtar ball aige, agus é ag súil le bithchógaisíocht a dhéanamh leis na teicnící a bhí ag teacht chun cinn ag an am sin den bhitheolaíocht mhóilíneach. Bhí Interferon, fachtóir scaoileadh hormóin fáis, vacsaín heipitíteas B, fachtóir fáis eipideirm i measc na n-ainmneacha te ar a liosta spriocanna, ach níor éirigh le haon cheann de na hiarrachtaí seo. Go dtí 1985, rinne Lin Fukun, eolaí Síneach ó Taiwan, an tSín, clónáil ar ghéine EPO daonna, agus ansin thuig sé táirgeadh EPO sintéiseach ag baint úsáide as teicneolaíocht athcheangail DNA.

Tá an t-ord céanna ag EPO daonna athchuingreach le próitéin EPO endogenous, agus tá modhnú glycosylation comhchosúil aige freisin. Ar ndóigh, tá gníomhaíocht OPE inghineach ag OPE daonna athchuingreach freisin. I mí an Mheithimh 1989, cheadaigh FDA na SA an chéad táirge de chuid Amgen, erythropoietin daonna athchuingreach, chun cóireáil a dhéanamh ar anemia de bharr teip duánach ainsealach agus anemia i gcóireáil ionfhabhtú VEID. Shroich díolacháin Epogen $16 milliún i díreach trí mhí. Thar an dá scór bliain atá romhainn, bhí Amgen chun tosaigh ar an margadh le haghaidh OPE daonna athchruinnithe. Thug Epogen $2.5 billiún in ioncam do Amgen in 2010 amháin. In 2018, ba é luach margaidh stoc Amgen ná $128.8 billiún, rud a fhágann gurb í an t-ochtú cuideachta cógaisíochta is mó ar domhan.

Is fiú a thabhairt faoi deara gur oibrigh Amgen le Goldwasser ar dtús chun próitéiní íonaithe EPO daonna a sholáthar le haghaidh seicheamhú, ach ní fada gur thit Goldwasser agus Amgen amach mar gheall ar dhifríochtaí idé-eolaíocha. Níor cheap Goldwasser ná a chuid Ollscoil Chicago, a rinne taighde bunúsach, an hormón a d'aimsigh sé a phaitinniú, agus mar sin ní bhfuair siad pingin as rath mór tráchtála an EPO.

Tá sé - conas a bhfuil sé ina spreagthach

Nuair a dhéanaimid anáil, téann ocsaigin isteach i mitochondria na gcealla chun an slabhra riospráide a thiomáint agus chun méideanna ollmhóra ATP a tháirgeadh, an príomhfhoinse fuinnimh inár gcorp. Níl go leor cealla fola dearga sláintiúla ag daoine ainéime, agus is é an éifeacht is láithrí ná nach nglacann siad go leor ocsaigine, rud a fhágann go mbraitheann siad tuirseach, cosúil le fadhbanna análaithe le linn fadtéarmach. Nuair a dhéantar iad a instealladh le EPO daonna athchuingreach, táirgeann comhlachtaí othar anemia níos mó cealla fola dearga,níos mó ocsaigine a iompar, agus níos mó den mhóilín fuinnimh ATP a tháirgeadh, rud a mhaolú go héifeachtach ar na hairíonna.

Mar sin féin, tá roinnt oibrithe spóirt tar éis tosú ag smaoineamh ar OPE daonna athchuingreach. Má úsáidtear an hormón athchuingreach saorga de chineál EPO chun comhlacht na lúthchleasaithe a spreagadh chun níos mó cealla fola dearga a tháirgeadh, is féidir feabhas a chur ar chumas na lúthchleasaithe ocsaigin a fháil agus móilíní fuinnimh a tháirgeadh, rud a d'fhéadfadh feabhas a chur ar fheidhmíocht na lúthchleasaithe freisin i seasmhacht. imeachtaí ar nós rothaíocht, rith chianair agus sciáil tras-tíre. Léirigh páipéar ó 1980 in Journal of Applied Physiology gur féidir le spreagthóirí fola (erythropoietin, iompróirí ocsaigine saorga agus fuilaistriúcháin) seasmhacht a mhéadú 34 faoin gcéad. Má úsáideann lúthchleasaithe an OPE, is féidir leo 8 ciliméadar a rith ar an muileann tread i 44 soicind níos lú ama ná riamh. Go deimhin, is iad rothaíocht agus maratóin na ciontóirí is measa maidir le spreagthóirí EPO. Le linn Tour de France 1998, gabhadh dochtúir foirne Spáinneach d’fhoireann Festina ag teorainn na Fraince le 400 buidéal de EPO athchuingreach saorga! Ba é an toradh ar ndóigh ná gur ciceáileadh an fhoireann ar fad as an Tour agus cuireadh cosc ​​orthu.

Chuir an Coiste Oilimpeach Idirnáisiúnta EPO lena liosta toirmisc ag Cluichí Barcelona 1992, ach bhí sé chomh deacair tástáil EPO daonna a atheagrú nach raibh aon bhealach ann roimh Chluichí 2000 a bhrath go héifeachtach an raibh lúthchleasaithe á úsáid. Tá roinnt cúiseanna ann: 1) Tá ábhar EPO i sreabhán coirp an-íseal, agus tá thart ar 130-230 nanogram in aghaidh an ml d'fhuil i ndaoine gnáth; 2) Tá comhdhéanamh aimínaigéad EPO athchuingreach saorga díreach mar an gcéanna le comhdhéanamh próitéin EPO ingenous daonna, níl ach an fhoirm glycosylation beagán difriúil; 3) Níl leathré EPO san fhuil ach 5-6 uair an chloig, agus go ginearálta tá sé dobhraite 4-7 lá tar éis an instealladh deireanach; 4) Tá an leibhéal EPO aonair an-difriúil, agus mar sin tá sé deacair caighdeán iomlán cainníochtúil a bhunú.

Ó 2000 i leith, d'úsáid WADA tástáil fuail mar an t-aon mhodh fíoraithe eolaíoch chun OPE athchuingreach a bhrath go díreach. Mar gheall ar na difríochtaí beaga idir foirm glycoylated an EPO athchuingreach saorga agus an EPO daonna, tá airíonna luchtaithe an dá mhóilín an-bheag agus is féidir iad a idirdhealú trí mhodh leictreafóiréis ar a dtugtar díriú isoelectric, arb é an príomh-straitéis é. an EPO athchuingreach saorga a bhrath go díreach. Mar sin féin, níor léirigh roinnt EPO athchuingreach a léirigh cealla díorthaithe daonna aon difríocht i gliceasúlú, agus mar sin mhol roinnt saineolaithe gur cheart EPO exogenous agus EPO endogenous a idirdhealú trí ábhar iseatóp carbóin difriúil.

Go deimhin, tá teorainneacha fós le modhanna tástála éagsúla le haghaidh OPE. Mar shampla, d’admhaigh Lance Armstrong, an finscéal rothaíochta Meiriceánach, gur ghlac sé EPO agus spreagthóirí eile le linn a sheacht mbua ar Tour de France, ach níor deimhníodh go raibh sé dearfach don EPO in aon tástáil dópála ag an am sin. Ní mór dúinn fanacht go fóill agus féachaint an bhfuil sé "cos amháin níos airde" nó "troigh amháin níos airde".

Conas a dhéanann sé Duais Nobel

Focal deiridh faoin gceangal idir OPE agus Duais Nobel 2019 san Fhiseolaíocht nó sa Leigheas.

Is é OPE an cás is gnách maidir le dearcadh agus freagairt an chorp daonna ar hypoxia. Mar sin, roghnaigh Semenza agus Ratcliffe, beirt laureates Nobel, EPO mar phointe tosaigh chun staidéar a dhéanamh ar mheicníocht dearcadh cille agus oiriúnú do hypoxia. Ba é an chéad chéim ná na heilimintí de ghéine EPO a aimsiú a d'fhéadfadh freagairt d'athruithe ocsaigine. D'aithin Semenza seicheamh neamhchódaithe eochair 256-bonn ag deireadh 3 'srutha an EPO ionchódaithe géine, ainmnithe an eilimint freagartha hypoxia. Má dhéantar an seicheamh eilimint seo a shóchán nó a scriosadh, laghdaítear go mór cumas próitéine an EPO freagairt ar hypoxia. Má tá an seicheamh eiliminte seo comhleádh go dtí deireadh sruth 3 'géinte eile nach bhfuil baint acu le hypoxia, léiríonn na géinte modhnaithe seo gníomhachtú cosúil le EPO freisinfaoi ​​choinníollacha hypoxia.

Ansin fuair Ratcliffe agus a fhoireann amach nach bhfuil an eilimint freagartha hypoxic seo i láthair ach amháin sna cealla duáin nó ae atá freagrach as táirgeadh EPO, ach freisin i go leor cineálacha cille eile ar féidir leo feidhmiú faoi choinníollacha hypoxic. I bhfocail eile, b'fhéidir nach mbaineann an freagra seo ar hypoxia go sonrach le OPE, ach ina feiniméan níos forleithne i gcealla. Ní mór móilíní a bheith sna cealla eile seo, nach bhfuil freagrach as táirgeadh EPO, (cosúil le fachtóirí trascríobh atá freagrach as léiriú géine a chasadh) a athraíonn an chiall i dtiúchan ocsaigine agus a cheanglaíonn eilimintí freagartha hypoxic chun géinte mar EPO a chasadh air.