Bha na trì buannaichean aig Duais Nobel 2019 ann an Eòlas-eòlas no Leigheas, Uilleam G. Kaelin, Jr., Gregg L. Semenza agus Sir Peter J. Ratcliffe air Duais Lasker 2016 ann an Leigheas Bunasach a chosnadh mar-thà airson an cuid obrach air mar a tha ceallan a’ mothachadh agus ag atharrachadh. gu hypoxia, agus mar sin cha robh e gu sònraichte iongantach. Lorg iad agus chomharraich iad am prìomh fhactar hypoxia-inducible 1 (HIF-1). An-diugh tha sinn airson a dhol air ais gu tùs an sgrùdaidh, is e sin erythropoietin, no EPO, moileciuil mìorbhuileach.

Is e seo am feart as cudromaiche ann an cinneasachadh cheallan fola dearga

Is e ceallan fala dearga an seòrsa ceallan fala as pailte san fhuil, agus is iad am prìomh mheadhan airson ocsaidean agus carbon dà-ogsaid a ghiùlan tro fhuil vertebrates. Bithear a’ gineadh erythrocytes anns an smior cnàimh: bidh bun-cheallan hematopoietic an-toiseach a’ leudachadh agus ag eadar-dhealachadh a-steach do ghineadairean de dhiofar cheallan fala, agus faodaidh luchd-brosnachaidh erythroid tuilleadh eadar-dhealachadh agus aibidh a dhèanamh gu erythrocytes. Fo chumhachan àbhaisteach, tha ìre cinneasachaidh erythrocyte daonna gu math ìosal, ach fo chuideam leithid bleeding, hemolysis, agus hypoxia, faodar an ìre cinneasachaidh erythrocyte àrdachadh suas ri ochd tursan. Anns a 'phròiseas seo, is e erythropoietin EPO aon de na factaran as cudromaiche.

Tha EPO na hormone air a cho-chur gu ìre mhòr anns na dubhagan. Tha a nàdar ceimigeach na phròtain làn glycosylated. Carson anns na dubhagan? Bidh timcheall air liotair de fhuil a’ sruthadh tro na dubhagan gach mionaid, gus an lorg iad gu luath agus gu h-èifeachdach atharrachaidhean ann an ìrean ocsaidean san fhuil. Nuair a tha ìrean ocsaidean san fhuil ìosal, bidh na dubhagan a’ freagairt gu sgiobalta agus a’ toirt a-mach mòran de EPO. Bidh an tè mu dheireadh a ’cuairteachadh tron ​​​​t-sruth fala chun smior cnàimh, far a bheil e a’ brosnachadh tionndadh cheallan progenitor erythroid gu ceallan fala dearga. Bidh ceallan fala dearga aibidh air an leigeil ma sgaoil bhon smior cnàimh a-steach don t-siostam cuairteachaidh gus comas na buidhne ceangal ri ocsaidean a leasachadh. Nuair a mhothaicheas na dubhagan àrdachadh ann an ocsaidean san fhuil, bidh iad a’ lughdachadh cinneasachadh EPO, a tha e fhèin a’ lughdachadh na tha de cheallan fala dearga anns an smior cnàimh.

Bidh seo a’ dèanamh lùb rèiteachaidh foirfe. Ach, bidh daoine a tha a 'fuireach aig àirde àrd agus cuid de dh' euslaintich anemia gu tric a 'tighinn tarsainn air staid ìre ocsaidean fuil ìseal leantainneach, nach urrainn crìoch a chur air a' chuairteachadh gu h-àrd agus a bhith a 'brosnachadh an dubhagan gus EPO a dhìon gu leantainneach, gus am bi an ìre fuil EPO nas àirde na daoine àbhaisteach.

Thug e faisg air 80 bliadhna airson a lorg

Coltach ri iomadh lorg mòr, chan eil tuigse luchd-saidheans air EPO air a bhith a 'seòladh gu rèidh, le ceistean agus dùbhlain air an t-slighe. Thug e faisg air 80 bliadhna bho bhun-bheachd EPO gu co-dhùnadh deireannach a’ mholacile sònraichte.

Ann an 1906, chuir an luchd-saidheans Frangach Carnot agus Deflandre a-steach coineanaich àbhaisteach le serum coineanaich anemic agus lorg iad gu robh an àireamh de cheallan fala dearga ann am plasma coineanaich àbhaisteach a’ dol am meud. Bha iad a 'creidsinn gum faodadh cuid de fheartan èibhinn anns a' phlasma a bhith a 'brosnachadh agus a' riaghladh cinneasachadh cheallan fala dearga. B’ e seo a’ chiad prototype bun-bheachd EPO. Gu mì-fhortanach, cha deach na toraidhean ath-aithris anns na deicheadan às deidh sin, gu h-àraidh air sgàth nach robh an àireamh de cheallan fala dearga ùra ceart.

Thug deuchainn parabiosis Reissmann agus Ruhenstroth-Bauer ann an 1950 fianais làidir dha-rìribh. Cheangail iad gu lannsa siostaman cuairteachaidh dà radan beò, a’ cur aon ann an àrainneachd hypoxic agus am fear eile a’ toirt anail air èadhar àbhaisteach. Mar thoradh air an sin, thug an dà luchag a-mach àireamh mhòr de cheallan fala dearga. Chan eil teagamh sam bith gu bheil hormone anns an t-sruth fala a bhrosnaicheas cinneasachadh cheallan fala dearga, às an d’ fhuair EPO an t-ainm. Air an làimh eile, tha EPO gu math mothachail air hypoxia.

Dè am moileciuil a th’ ann an EPO? Thug e 30 bliadhna don neach-saidheans Ameireaganach Goldwasser an duilgheadas a shoilleireachadh aig ìre bith-cheimiceach. Ma tha neach-obrach ag iarraidh obair mhath a dhèanamh, feumaidh e na h-innealan aige a gheurachadh an toiseach. Is e gnìomh EPO ceallan fala dearga ùra a bhrosnachadh, achchan eil cunntas an fheadhainn mu dheireadh ceart. Is e am moileciuil gnìomh as cudromaiche ann an ceallan fala dearga hemoglobin anns a bheil heme, anns a bheil ian ferrous na mheadhan. Mar sin chuir sgioba Goldwasser ainm air ceallan fala dearga ùra le isotopan iarainn rèidio-beò agus leasaich iad dòigh mothachail airson gnìomhachd EPO a lorg. Tha seo ga dhèanamh comasach cuibhreannan glè ìosal de EPO (nanograman gach mìleliotair) a sgaradh agus a ghlanadh bho shamhlaichean de lionn bheathaichean. Ach bha iomallachd EPO air leth duilich. Ghluais iad bho dubhaig gu plasma caorach anemic, gu fual euslaintich le fìor easbhaidh iarainn mar thoradh air galar dubhan-dubha, agus mu dheireadh, ann an 1977, ghlan iad 8 milleagram de phròtain EPO daonna bho 2,550 liotairean fual bho euslaintich Iapanach le anemia aplastic.

Ann an 1985, chaidh sreath phròtain agus clonadh gine de EPO daonna a chrìochnachadh. Bidh an gine EPO a’ còdachadh polypeptide le fuigheall amino 193, a thig gu bhith na phròtain aibidh air a dhèanamh suas de 166 fuigheall aminoideach às deidh don peptide comharra a bhith air a ghearradh aig àm secretion, agus anns a bheil 4 làraich airson atharrachadh glycosylation. Ann an 1998, chaidh sgrùdadh a dhèanamh air structar fuasglaidh NMR EPO agus structar criostail EPO agus an ionad gabhadair aige. Aig an ìre seo, tha an tuigse as intuitive aig daoine air EPO.

Gu ruige seo, mar as trice bha feum air làimhseachadh airson anemia air fuil a ghluasad gus an easbhaidh de cheallan fola dearga ath-lìonadh. Mar a bhios daoine ag ionnsachadh barrachd mu EPO, tha an duilgheadas air a dhèanamh nas fhasa le bhith ga stealladh gus cinneasachadh cealla fola dearga a bhrosnachadh anns an smior cnàimh aca fhèin. Ach tha e duilich EPO a ghlanadh gu dìreach bho lionntan bodhaig, mar a rinn Goldwasser, agus tha an toradh ìosal. Le bhith a’ dearbhadh pròtain EPO agus sreath gine bha e comasach EPO daonna ath-chuingealaichte a thoirt gu buil ann am meudan mòra.

Chaidh a dhèanamh le companaidh bith-theicneòlas ris an canar Applied Molecular Genetics (Amgen). Chaidh Amgen a stèidheachadh ann an 1980 le dìreach seachdnar bhall, an dòchas biopharmaceuticals a dhèanamh leis na dòighean a bha a’ nochdadh an uairsin ann am bith-eòlas moileciuil. Bha interferon, factar leigeil ma sgaoil hormona fàis, banachdach hepatitis B, factar fàis epidermal am measg nan ainmean teth air an liosta thargaidean aca, ach cha do shoirbhich le gin de na h-oidhirpean sin. Gu ruige 1985, rinn Lin Fukun, neach-saidheans Sìneach à Taiwan, Sìona, clonadh air gine EPO daonna, agus an uairsin thuig e cinneasachadh EPO synthetigeach a ’cleachdadh teicneòlas ath-thionndaidh DNA.

Tha an aon sreath aig EPO daonna ath-chuimseach ri pròtain EPO endogenous, agus tha atharrachadh glycosylation coltach ris cuideachd. Gu nàdarra, tha gnìomhachd EPO endogenous aig EPO daonna ath-leasaichte cuideachd. San Ògmhios 1989, chaidh a’ chiad toradh aig Amgen, erythropoietin daonna ath-chuingealaichte Epogen, aontachadh le FDA na SA airson làimhseachadh anemia air adhbhrachadh le fàilligeadh dubhaig dubhaig agus anemia ann an làimhseachadh galair HIV. Thàinig reic epogen gu $ 16 millean ann an dìreach trì mìosan. Thairis air an dà dheichead a tha romhainn, thug Amgen smachd air a’ mhargaidh airson EPO daonna ath-chruinneachadh. Thug Epogen $2.5 billean ann an teachd a-steach do Amgen ann an 2010 a-mhàin. Ann an 2018, b ’e luach margaidh stoc Amgen $ 128.8 billean, ga fhàgail mar an ochdamh companaidh cungaidh as motha san t-saoghal.

Is fhiach a bhith mothachail gun do dh’ obraich Amgen an toiseach le Goldwasser gus pròtanan EPO fìor-ghlan a thoirt seachad airson an leantainn, ach cha b’ fhada gus an do thuit Goldwasser agus Amgen a-mach air sgàth eadar-dhealachaidhean ideòlach. Cha robh Goldwasser agus an Oilthigh Chicago aige, a rinn rannsachadh bunaiteach, a-riamh a 'smaoineachadh air an hormone a lorg e a pheutant, agus mar sin cha d' fhuair iad sgillinn airson soirbheachas mòr malairteach EPO.

Tha e - mar a tha e na bhrosnachadh

Nuair a bhios sinn ag anail, bidh ocsaidean a’ dol a-steach do mitochondria nan ceallan gus an t-sreath analach a dhràibheadh ​​​​agus a’ toirt a-mach meudan mòra de ATP, am prìomh thùs lùtha nar cuirp. Chan eil ceallan fala dearga fallain gu leòr aig daoine anemic, agus is e a’ bhuaidh as luaithe nach bi iad a’ toirt a-steach ocsaidean gu leòr, a bheir orra a bhith a’ faireachdainn sgìth, coltach ri duilgheadasan analach san fhad-ùine. Nuair a thèid an stealladh le EPO daonna ath-leasaichte, bidh cuirp euslaintich anemia a’ toirt a-mach barrachd cheallan fala dearga,giùlan barrachd ocsaidean, agus thoir a-mach barrachd den mholacile lùth ATP, gu h-èifeachdach a’ faochadh chomharran.

Ach, tha cuid de luchd-obrach spòrs cuideachd air tòiseachadh a’ smaoineachadh air EPO daonna ath-leasaichte. Ma thèid an hormone ath-chuingealaichte fuadain de sheòrsa EPO a chleachdadh gus corp lùth-chleasaichean a bhrosnachadh gus barrachd cheallan fala dearga a thoirt gu buil, tha e comasach comas nan lùth-chleasaichean ocsaidean fhaighinn agus moileciuilean lùtha a thoirt gu buil, a dh’ fhaodadh coileanadh lùth-chleasaichean ann an seasmhachd a leasachadh. tachartasan leithid rothaireachd, ruith air astar fada agus sgitheadh ​​​​thar-dùthcha. Sheall pàipear ann an 1980 anns an Journal of Applied Physiology gum faod luchd-brosnachaidh fala (erythropoietin, luchd-giùlan ocsaidean fuadain agus tar-chuiridhean fala) seasmhachd àrdachadh 34 sa cheud. Ma chleachdas lùth-chleasaichean an EPO, faodaidh iad ruith 8 cilemeatair air an treadmill ann an 44 diogan nas lugha de ùine na bha iad roimhe. Gu dearbh, tha baidhsagal agus marathon air a bhith nan eucoirich as miosa airson luchd-brosnachaidh EPO. Rè an Tour de France ann an 1998, chaidh dotair sgioba Spàinnteach airson sgioba Festina a chur an grèim aig crìoch na Frainge le 400 botail de EPO ath-chuingealaichte fuadain! B’ e an toradh, gu dearbh, gun deach an sgioba gu lèir a bhreabadh a-mach às an Tour agus a thoirmeasg.

Chuir a’ Chomataidh Oiliompaiceach Eadar-nàiseanta EPO ris an liosta toirmisgte aca aig Geamannan Barcelona 1992, ach bha ath-eagrachadh deuchainn EPO daonna cho duilich is nach robh dòigh ann ro Gheamaichean 2000 faighinn a-mach an robh lùth-chleasaichean ga chleachdadh. Tha grunn adhbharan ann: 1) Tha susbaint EPO ann an lionntan bodhaig glè ìosal, agus tha EPO gach ml de fhuil ann an daoine àbhaisteach timcheall air 130-230 nanograms; 2) Tha an co-dhèanamh aminoideach de EPO ath-chuingealaichte fuadain dìreach mar a tha pròtain EPO endogenous daonna, is e dìreach cruth glycosylation a tha beagan eadar-dhealaichte; 3) Chan eil leth-beatha EPO san fhuil ach 5-6 uairean, agus mar as trice chan eil e furasta a lorg 4-7 latha às deidh an in-stealladh mu dheireadh; 4) Tha an ìre EPO fa leth gu math eadar-dhealaichte, agus mar sin tha e duilich ìre cainneachdail iomlan a stèidheachadh.

Bho 2000, tha WADA air deuchainn fual a chleachdadh mar an aon dhòigh dearbhaidh saidheansail airson lorg dìreach air EPO ath-chuingealaichte. Mar thoradh air na h-eadar-dhealachaidhean beaga eadar cruth glycoylated an EPO ath-chuingealaichte fuadain agus an EPO daonna, tha feartan fo chasaid an dà mholacile glè bheag agus faodar an comharrachadh le dòigh electrophoresis ris an canar fòcas isoelectric, a tha na phrìomh ro-innleachd airson an lorg gu dìreach air an EPO ath-chuingealaichte fuadain. Ach, cha do sheall cuid de EPO ath-chuimseach a chaidh a chuir an cèill le ceallan a thàinig bho dhaoine eadar-dhealachadh sam bith ann an glycosylation, agus mar sin mhol cuid de dh’eòlaichean gum bu chòir EPO exogenous agus EPO endogenous a bhith air an comharrachadh le diofar shusbaint carbon isotope.

Gu dearbh, tha crìochan ann fhathast ann an diofar dhòighean deuchainn airson EPO. Mar eisimpleir, dh’aidich Lance Armstrong, an uirsgeul rothaireachd Ameireaganach, gun do ghabh e EPO agus luchd-brosnachaidh eile rè na seachd buadhan aige air Tour de France, ach cha deach a dhearbhadh gu dearbha dha EPO ann an deuchainn dopaidh sam bith aig an àm sin. Feumaidh sinn feitheamh fhathast gus faicinn a bheil e "aon chois nas àirde" no "aon chois nas àirde".

Ciamar a gheibh e Duais Nobel

Facal mu dheireadh mun cheangal eadar EPO agus an Duais Nobel ann an Eòlas-eòlas no Leigheas 2019.

Is e EPO an cùis as cumanta de bheachd agus freagairt bodhaig an duine do hypoxia. Mar sin, thagh Semenza agus Ratcliffe, dithis labhraichean Nobel, EPO mar thoiseach tòiseachaidh airson sgrùdadh a dhèanamh air uidheamachd tuigse cealla agus atharrachadh gu hypoxia. B 'e a' chiad cheum na h-eileamaidean de ghine EPO a lorg a dh'fhaodadh freagairt a thoirt do dh'atharrachaidhean ocsaidean. Chomharraich Semenza prìomh shreath neo-chòdadh 256-base aig ceann 3 'sìos an abhainn còdachadh gine EPO, air ainmeachadh mar eileamaid freagairt hypoxia. Ma thèid an t-sreath eileamaid seo a mhilleadh no a dhubhadh às, tha comas pròtain EPO freagairt ri hypoxia air a lughdachadh gu mòr. Ma thèid an t-sreath eileamaid seo a cheangal ri ceann shìos an abhainn 3 'de ghinean eile nach eil co-cheangailte ri hypoxia, tha na ginean atharraichte sin cuideachd a’ nochdadh gnìomhachd coltach ri EPOfo chumhachan hypoxia.

Lorg Ratcliffe agus an sgioba aige an uairsin gu bheil an eileamaid freagairt hypoxic seo an làthair chan ann a-mhàin anns na ceallan dubhaig no grùthan a tha an urra ri cinneasachadh EPO, ach cuideachd ann an iomadh seòrsa cealla eile as urrainn obrachadh fo chumhachan hypoxic. Ann am faclan eile, is dòcha nach eil an fhreagairt seo do hypoxia sònraichte do EPO, ach gu ìre nas fharsainge ann an ceallan. Feumaidh moileciuilean a bhith anns na ceallan eile sin, nach eil an urra ri cinneasachadh EPO, (leithid factaran tar-sgrìobhaidh a tha an urra ri tionndadh gine) a dh’ atharraicheas mothachadh ann an dùmhlachd ocsaidean agus a cheanglas ri eileamaidean freagairt hypoxic gus ginean leithid EPO a thionndadh.