Физиология же медицина боюнча 2019-жылдагы Нобель сыйлыгынын үч лауреаты Уильям Г.Кэлин кичүү, Грегг Л.Семенза жана сэр Питер Дж.Рэтклифф 2016-жылдын негизги медицинасы боюнча Ласкер сыйлыгын клеткалардын кантип сезиши жана ыңгайлашуусу боюнча жасаган иштери үчүн жеңип алышкан. гипоксияга, ошондуктан бул өзгөчө таң калыштуу эмес. Алар ачкан жана негизги молекула гипоксия-индукциялоочу фактор 1 (HIF-1) аныкталган. Бүгүн биз изилдөөнүн келип чыгышына кайтууну каалайбыз, ал эритропоэтин же EPO, керемет молекуласы.

Бул кызыл кан клеткаларынын өндүрүшүндөгү эң маанилүү фактор

Эритроциттер кандагы кан клеткаларынын эң көп түрү жана омурткалуу жаныбарлардын каны аркылуу кычкылтек менен көмүр кычкыл газын ташуу үчүн негизги чөйрө болуп саналат. Эритроциттер жилик чучугунда пайда болот: гемопоэтикалык өзөк клеткалары алгач көбөйүп, ар кандай кан клеткаларынын прогениторлоруна дифференциацияланат, ал эми эритроиддик прогениторлор андан ары дифференцияланып, эритроциттерге жетиле алышат. Кадимки шарттарда адамдын эритроцит өндүрүшүнүн ылдамдыгы өтө төмөн, бирок кан агуу, гемолиз жана гипоксия сыяктуу стрессте эритроцит өндүрүшүнүн ылдамдыгы сегиз эсеге чейин көбөйүшү мүмкүн. Бул процессте эритропоэтин ЭПО эң маанилүү факторлордун бири болуп саналат.

EPO негизинен бөйрөктө синтезделген гормон. Анын химиялык табияты жогорку гликозилденген белок болуп саналат. Эмне үчүн бөйрөктө? Бөйрөктөр аркылуу мүнөт сайын бир литрге жакын кан өтөт, ошондуктан алар кандагы кычкылтектин деңгээлинин өзгөрүшүн тез жана натыйжалуу байкай алышат. Кандагы кычкылтектин деңгээли төмөн болгондо, бөйрөктөр тез жооп берип, көп сандагы ЭПО чыгарышат. Акыркысы кан агымы аркылуу жилик чучугуна айланып, эритроиддик прогенитор клеткалардын эритроциттерге айланышына өбөлгө түзөт. Жетилген эритроциттер сөөк чучугунан кан айлануу системасына бөлүнүп, организмдин кычкылтек менен байланышын жакшыртат. Бөйрөктөр кандагы кычкылтектин көбөйгөнүн сезгенде, алар EPO өндүрүшүн азайтат, бул өз кезегинде жилик чучугундагы эритроциттердин санын азайтат.

Бул идеалдуу жөнгө салуу циклин түзөт. Бирок, бийик тоолуу жерде жашаган адамдар жана кээ бир аз кандуулук менен ооруган бейтаптар кандагы кычкылтектин деңгээли үзгүлтүксүз төмөн болгон абалга туш болушат, бул жогорудагы жүгүртүүнү аягына чыгара албайт жана бөйрөктү үзгүлтүксүз ЭПО бөлүп чыгарууга стимулдай албайт, андыктан кандагы EPO концентрациясы жөнөкөй адамдарга караганда жогору.

Аны ачууга 80 жылга жакын убакыт кеткен

Көптөгөн ири ачылыштар сыяктуу эле, илимпоздордун ЭПО жөнүндө түшүнүгү да суроолор жана кыйынчылыктар менен жылмакай болгон жок. ЭПО концепциясынан белгилүү бир молекуланы акыркы аныктоого чейин дээрлик 80 жыл өттү.

1906-жылы француз окумуштуулары Карно жана Дефландр кадимки коёндорго аз кандуу коёндордун сывороткасын сайып, кадимки коёндордун плазмасында эритроциттердин саны көбөйгөнүн аныкташкан. Алар плазмадагы кээ бир гуморалдык факторлор эритроциттердин өндүрүшүн стимулдап, жөнгө салышы мүмкүн деп эсептешкен. Бул биринчи EPO концепциясы прототиби болгон. Тилекке каршы, натыйжалар кийинки он жылдыктарда кайталана элек, себеби, негизинен, жаңы кызыл кан клеткаларынын саны так эмес.

1950-жылы Рейсман менен Рухенстрот-Бауэрдин парабиоз эксперименти чындап күчтүү далилдерди келтирди. Алар эки тирүү келемиштин кан айлануу системасын хирургиялык жол менен бириктирип, бирин гипоксиялык чөйрөгө, экинчисин кадимки аба менен дем алган. Натыйжада, эки чычкан тең кызыл кан клеткалары массалык түрдө өндүрүлгөн. Кан агымында эритроциттердин өндүрүшүн стимулдайтуучу гормон бар экени талашсыз, ал ЭПО анын атын андан алган. Башка жагынан алганда, EPO гипоксияга өтө сезгич.

ЭПО кандай молекула? Америкалык окумуштуу Голдвассерге биохимиялык деңгээлдеги маселени акыры тактоо үчүн 30 жыл талап кылынган. Эгерде жумушчу жакшы иш кылгысы келсе, алгач шайманын курчутушу керек. ЭПО функциясы жаңы кызыл кан клеткаларын стимулдаштыруу болуп саналат, бирокакыркылардын саны так эмес. Эритроциттердин эң маанилүү функционалдуу молекуласы – бул гемоглобин, анын борборунда темир иону бар. Ошентип, Голдвассердин командасы жаңы төрөлгөн эритроциттерге радиоактивдүү темир изотопторун белгилеп, ЭПО активдүүлүгүн аныктоо үчүн сезгич ыкманы иштеп чыгышкан. Бул жаныбарлардын суюктуктарынын үлгүлөрүнөн ЭПОнун өтө төмөн концентрациясын (миллитрге нанограмма) бөлүп алууга жана тазалоого мүмкүндүк берет. Бирок EPO изоляциясы өтө кыйын болгон. Алар бөйрөктөн аз кандуу койдун плазмасына, анкилостомдук инфекциядан улам темирдин катуу жетишсиздиги менен ооруган оорулуулардын заарасына өтүштү, акырында, 1977-жылы апластикалык анемия менен ооруган япониялык оорулуулардын 2550 литр заарасынан 8 миллиграмм адамдын ЭПО протеинди тазалашты.

1985-жылы адамдын ЭПОсун белок секвенирлөө жана генди клондоо аяктады. EPO гени 193 аминокислота калдыктары менен полипептидди коддойт, ал секреция учурунда сигналдык пептид кесилгенден кийин 166 аминокислота калдыктарынан турган жетилген протеинге айланат жана гликозилдештирүү модификациясы үчүн 4 жерди камтыйт. 1998-жылы ЭПОнун ЯМР эритмесинин структурасы жана ЭПОнун кристаллдык структурасы жана анын рецептордук комплекси талдоого алынган. Бул учурда, адамдар EPO жөнүндө эң интуитивдик түшүнүккө ээ.

Ушул убакка чейин аз кандуулукту дарылоо үчүн, адатта, кызыл кан клеткаларынын жетишсиздигин толуктоо үчүн кан куюу талап кылынган. Адамдар EPO жөнүндө көбүрөөк билген сайын, анын сөөк чучугунда эритроциттердин өндүрүшүн стимулдаштыруу үчүн аны инъекциялоо көйгөйдү жеңилдетти. Бирок Голдвассерге окшоп EPOну түздөн-түз дене суюктуктарынан тазалоо кыйын жана түшүмдүүлүк төмөн. ЭПО белоктун жана гендердин ырааттуулугун аныктоо адамдын рекомбинантты ЭПОсун көп санда чыгарууга мүмкүндүк берди.

Бул Applied Molecular Genetics (Amgen) деп аталган биотехнологиялык компания тарабынан жасалган. Amgen 1980-жылы түзүлгөн, ал кездеги молекулярдык биологиянын техникалары менен биофармацевтика жасоого үмүттөнүп, жети эле мүчөдөн турган. Интерферон, өсүү гормонун чыгаруучу фактор, гепатит В вакцинасы, эпидермиялык өсүү фактору алардын максаттарынын тизмесинде кызуу ысымдардын арасында болгон, бирок бул аракеттердин бири да ийгиликке жеткен эмес. 1985-жылга чейин Тайвандык (Кытай) кытайлык окумуштуу Лин Фукун адамдын ЭПО генин клондоп, андан кийин ДНКнын рекомбинация технологиясын колдонуу менен синтетикалык ЭПО өндүрүүнү ишке ашырган.

Рекомбинантты адам ЭПОсу эндогендик EPO протеинине окшош ырааттуулукка ээ, ошондой эле гликозиляциянын окшош модификациясына ээ. Албетте, рекомбинантты адамдын ЭПОсу да эндогендик ЭПОнун активдүүлүгүнө ээ. 1989-жылы июнда Амгендин биринчи продуктусу, рекомбинантты адам эритропоэтини Эпоген, өнөкөт бөйрөк жетишсиздигинен келип чыккан аз кандуулукту жана ВИЧ инфекциясын дарылоодо аз кандуулукту дарылоо үчүн АКШнын FDA тарабынан жактырылган. Эпоген сатуу үч айдын ичинде 16 миллион доллардан ашты. Кийинки жыйырма жылдын ичинде Амген кайра чогулган адамдын ЭПО рыногунда үстөмдүк кылган. Epogen 2010-жылы гана Амгенге 2,5 миллиард доллар киреше алып келген. 2018-жылы Амгендин биржалык баасы 128,8 миллиард долларды түзүп, аны дүйнөдөгү сегизинчи ири фармацевтикалык компанияга айлантты.

Белгилей кетчү нерсе, Amgen алгач Голдвассер менен иштешип, секвенирлөө үчүн адамдын тазаланган EPO протеиндерин камсыз кылган, бирок Голдвассер менен Амген көп өтпөй идеологиялык айырмачылыктардан улам чыгып кетишкен. Фундаменталдык изилдөөлөрдү жүргүзгөн Голдвассер жана анын Чикаго университети ал ачкан гормонду патенттөөнү ойлогон эмес, ошондуктан EPOнун чоң коммерциялык ийгилиги үчүн бир тыйын да алган эмес.

Бул -- бул кандайча стимулятор

Дем алганда, кычкылтек клеткалардын митохондрияларына кирип, дем алуу чынжырын кыймылга келтирет жана денебиздеги энергиянын негизги булагы болгон АТФти массалык түрдө өндүрөт. Анемиясы бар адамдарда дени сак эритроциттердин жетишсиздиги жана эң тез таасири аларда кычкылтектин жетишсиздиги болуп саналат, бул аларды чарчайт, бул узак мөөнөттүү дем ​​алуу көйгөйлөрүнө окшош. Рекомбинантты адам ЭПО инъекциясында анемия менен ооругандардын денеси кызыл кан клеткаларын көбүрөөк чыгарат,көбүрөөк кычкылтекти алып, жана АТФ энергия молекуласын көбүрөөк өндүрүп, симптомдорду эффективдүү басаңдатат.

Бирок, кээ бир спорт кызматкерлери да рекомбинантты адам EPO жөнүндө ойлоно башташты. Эгерде EPO тибиндеги жасалма рекомбинанттык гормон спортчулардын денесин көбүрөөк кызыл кан клеткаларын өндүрүүгө стимулдаштыруу үчүн колдонулса, анда спортчулардын кычкылтек алуу жана энергия молекулаларын өндүрүү жөндөмдүүлүгүн жакшыртууга болот, бул спортчулардын чыдамкайлык боюнча көрсөткүчтөрүн жакшыртышы мүмкүн. велосипед тебүү, узак аралыкка чуркоо жана лыжа тебүү сыяктуу окуялар. 1980-жылы Journal of Applied Physiology журналында жарыяланган макалада кан стимуляторлору (эритропоэтин, жасалма кычкылтек ташыгычтар жана кан куюу) туруктуулукту 34 пайызга жогорулата аларын көрсөткөн. Эгерде спортчулар EPO колдонсо, алар чуркоо тилкесинде 8 километрди мурункуга караганда 44 секундада азыраак чуркай алышат. Чынында, велоспорт жана марафондор ЭПО стимуляторлору үчүн эң начар мыйзам бузуулар болгон. 1998-жылы Тур де Франс жарышында Фестина командасынын испан командасынын дарыгери Франциянын чек арасында 400 бөтөлкө жасалма рекомбинантты ЭПО менен кармалган! Натыйжада, албетте, бүт команда Турдан чыгарылып, тыюу салынды.

Эл аралык Олимпиада комитети 1992-жылкы Барселона оюндарында тыюу салынган тизмеге EPOну кошкон, бирок адамдын EPO тестин кайра уюштуруу ушунчалык кыйын болгондуктан, 2000-жылкы оюндарга чейин спортчулар аны колдонуп жатканын натыйжалуу аныктоого эч кандай мүмкүнчүлүк болгон эмес. Мунун бир нече себептери бар: 1) дене суюктуктарындагы ЭПОнун курамы өтө төмөн, ал эми нормалдуу адамдарда 1 мл кандагы ЭПО болжол менен 130-230 нанограммды түзөт; 2) Жасалма рекомбинантты ЭПОнун аминокислоталарынын курамы адамдын эндогендик ЭПО белогунун курамына так окшош, гликозилдөө формасы гана бир аз айырмаланат; 3) ЭПОнун кандагы жарым ажыроо мезгили болгону 5-6 саатты түзөт жана ал акыркы инъекциядан кийин 4-7 күндөн кийин байкалбайт; 4) ЭПОнун жеке деңгээли өтө ар түрдүү, ошондуктан абсолюттук сандык стандартты түзүү кыйын.

2000-жылдан бери WADA рекомбинантты ЭПОну түздөн-түз аныктоо үчүн бирден-бир илимий текшерүү ыкмасы катары заара тестин колдонот. Жасалма рекомбинантты ЭПОнун гликолилденген формасы менен адамдык ЭПОнун ортосундагы бир аз айырмачылыктардан улам, эки молекуланын заряддуу касиеттери өтө кичинекей жана изоэлектрдик фокустоо деп аталган электрофорез ыкмасы менен айырмаланса болот. жасалма рекомбинантты ЭПОну түз аныктоо. Бирок, адамдан алынган клеткалар тарабынан айтылган кээ бир рекомбинантты ЭПО гликозилденүүдө эч кандай айырмачылыкты көрсөткөн эмес, ошондуктан кээ бир эксперттер экзогендик ЭПО жана эндогендик ЭПО ар кандай көмүртек изотопунун мазмуну менен айырмаланышы керек деп сунушташкан.

Чынында, EPO үчүн ар кандай сыноо ыкмалары дагы эле чектөөлөр бар. Мисалы, америкалык велоспорттун легендасы Лэнс Армстронг Тур де Франстагы жети жеңиши учурунда EPO жана башка стимуляторлорду кабыл алганын мойнуна алган, бирок ал чындыгында ал кездеги допинг сынагынан EPO оң натыйжа берген эмес. Биз дагы күтүшүбүз керек, “бир фут бийиктиктеби” же “бир фут бийиктиктеби”.

Кантип Нобель сыйлыгын алат

ЭПО менен физиология же медицина боюнча 2019-жылдагы Нобель сыйлыгынын ортосундагы байланыш жөнүндө акыркы сөз.

ЭПО адам организминин гипоксиянын кабылдоосунун жана реакциясынын эң типтүү учуру. Ошондуктан Нобель сыйлыгынын эки лауреаты Семенза менен Рэтклифф клетканы кабыл алуу жана гипоксияга ыңгайлашуу механизмин изилдөө үчүн баштапкы чекит катары EPO тандашкан. Биринчи кадам кычкылтектин өзгөрүшүнө жооп бере турган EPO генинин элементтерин табуу болгон. Семенза гипоксияга жооп берүүчү элемент деп аталган гендин EPO коддоочу 3 'төмөнкү аягы 256-базалык коддолбогон негизги ырааттуулукту аныктады. Эгерде бул элементтин ырааттуулугу мутацияга учураса же жок кылынса, EPO протеининин гипоксияга жооп берүү жөндөмдүүлүгү абдан төмөндөйт. Эгерде бул элемент ырааттуулугу гипоксия менен байланышпаган башка гендердин ылдыйкы 3 'учуна бириктирилсе, бул модификацияланган гендер да EPO сыяктуу активдештирүүнү көрсөтөт.гипоксия шарттарында.

Рэтклифф жана анын командасы анда бул гипоксиялык жооп элементи ЭПО өндүрүү үчүн жооптуу бөйрөк же боор клеткаларында гана эмес, ошондой эле гипоксиялык шарттарда иштей ала турган көптөгөн башка клетка типтеринде да бар экенин аныкташкан. Башкача айтканда, гипоксияга бул жооп EPO үчүн эмес, клеткаларда кеңири таралган көрүнүш болушу мүмкүн. ЭПО өндүрүшүнө жооп бербеген бул башка клеткалар кычкылтек концентрациясынын өзгөрүшүн сезген жана EPO сыяктуу гендерди иштетүү үчүн гипоксиялык жооп элементтери менен байланышуучу молекулаларды (гендердин экспрессиясын күйгүзүүгө жооптуу транскрипция факторлору сыяктуу) камтышы керек.