Физиологи, анагаах ухааны салбарын 2019 оны Нобелийн шагналын гурван ялагч Уильям Г.Кэйлин, Грегг Л.Семенза, Сэр Питер Ж.Рэтклифф нар эс хэрхэн мэдэрч, дасан зохицдог тухай бүтээлээрээ 2016 оны Ласкерийн суурь анагаах ухааны шагналыг хүртэж байсан юм. гипокси хүртэл, тиймээс энэ нь тийм ч гайхмаар зүйл биш байсан. Тэд гипокси үүсгэгч хүчин зүйл 1 (HIF-1) гол молекулыг олж илрүүлсэн. Өнөөдөр бид эритропоэтин буюу EPO хэмээх гайхамшигт молекул болох судалгааны гарал үүсэлтэй эргэж очихыг хүсч байна.

Энэ нь цусны улаан эсийн үйлдвэрлэлийн хамгийн чухал хүчин зүйл юм

Цусны улаан эс нь цусан дахь хамгийн элбэг байдаг цусны эсүүд бөгөөд сээр нуруутан амьтдын цусаар хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг тээвэрлэх гол орчин юм. Эритроцитууд нь ясны чөмөгт үүсдэг: Цус төлжүүлэгч үүдэл эсүүд эхлээд үржиж, янз бүрийн цусны эсийн өвөг дээдэс болж ялгагдах ба эритроид эсүүд цааш ялган эритроцит болж төлөвших боломжтой. Хэвийн нөхцөлд хүний ​​эритроцитийн ялгаралт маш бага байдаг ч цус алдалт, цус задрал, гипокси зэрэг стрессийн үед эритроцитийн нийлэгжилтийн хурд найм дахин нэмэгддэг. Энэ үйл явцад эритропоэтин EPO нь хамгийн чухал хүчин зүйлүүдийн нэг юм.

EPO нь голчлон бөөрөнд нийлэгждэг даавар юм. Түүний химийн шинж чанар нь өндөр гликозилжсэн уураг юм. Яагаад бөөрөнд байдаг вэ? Минут тутамд нэг литр цус бөөрөөр дамжин урсдаг тул цусан дахь хүчилтөрөгчийн түвшний өөрчлөлтийг хурдан бөгөөд үр дүнтэй илрүүлдэг. Цусан дахь хүчилтөрөгчийн түвшин бага байх үед бөөр хурдан хариу үйлдэл үзүүлж, их хэмжээний EPO үүсгэдэг. Сүүлийнх нь цусны урсгалаар ясны чөмөг рүү эргэлдэж, эритроид эсийг цусны улаан эс болгон хувиргахад тусалдаг. Боловсорч гүйцсэн улаан эсийг ясны чөмөгөөс цусны эргэлтийн системд гаргаж, биеийн хүчилтөрөгчтэй холбогдох чадварыг сайжруулдаг. Бөөр нь цусан дахь хүчилтөрөгчийн хэмжээ нэмэгдэж байгааг мэдрэх үед EPO-ийн үйлдвэрлэлийг бууруулж, улмаар ясны чөмөг дэх цусны улаан эсийн хэмжээг бууруулдаг.

Энэ нь төгс тохируулгын гогцоо үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч өндөрт амьдардаг хүмүүс болон цус багадалттай зарим өвчтөнд цусан дахь хүчилтөрөгчийн түвшин байнга багасдаг тул дээрх цусны эргэлтийг бүрэн гүйцэд хийж чадахгүй, бөөрийг тасралтгүй EPO ялгаруулж чаддаггүй тул цусан дахь EPO концентраци нь энгийн хүмүүсийнхээс өндөр байдаг.

Үүнийг илрүүлэхийн тулд бараг 80 жил зарцуулсан

Олон томоохон нээлтүүдийн нэгэн адил эрдэмтдийн ЭПО-ны талаарх ойлголт нь замдаа асуулт, сорилтуудтай тулгарсангүй. EPO-ийн тухай ойлголтоос эхлээд тодорхой молекулыг эцсийн байдлаар тодорхойлох хүртэл бараг 80 жил зарцуулсан.

1906 онд Францын эрдэмтэд Карно, Дефландре нар цус багадалттай туулайн ийлдсийг хэвийн туулайнд тарьж, хэвийн туулайн цусны сийвэн дэх цусны улаан эсийн тоо нэмэгддэг болохыг тогтоожээ. Цусны сийвэн дэх зарим хошин хүчин зүйл нь цусны улаан эсийн үйлдвэрлэлийг өдөөж, зохицуулж чаддаг гэж тэд үзэж байсан. Энэ бол анхны EPO концепцийн прототип байв. Харамсалтай нь цусны шинэ улаан эсийн тоо үнэн зөв биш байсан тул үр дүн нь дараагийн хэдэн арван жилд давтагдсангүй.

1950 онд Рейсман, Рухенстрот-Бауэр нарын парабиозын туршилт үнэхээр хүчтэй нотолгоо болсон. Тэд хоёр амьд хархны цусны эргэлтийн системийг мэс заслын аргаар холбож, нэгийг нь хүчилтөрөгчийн дутагдалд оруулж, нөгөөг нь хэвийн агаараар амьсгалж байна. Үүний үр дүнд хулгана хоёулаа цусны улаан эсийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэжээ. Цусны урсгалд цусны улаан эсийн үйлдвэрлэлийг өдөөдөг даавар байдаг нь эргэлзээгүй бөгөөд үүнээс ЭПО нэрээ авсан. Нөгөөтэйгүүр, EPO нь гипоксид маш мэдрэмтгий байдаг.

EPO ямар молекул вэ? Биохимийн түвшинд асуудлыг эцэслэн тодруулахын тулд Америкийн эрдэмтэн Голдвассер 30 жил зарцуулсан. Ажилчин хүн ажлаа сайн хийе гэвэл эхлээд багажаа хурцлах ёстой. EPO-ийн үүрэг нь шинэ улаан эсийг өдөөх явдал юм, гэхдээСүүлийнх нь үнэн зөв биш байна. Цусны улаан эсийн хамгийн чухал функциональ молекул бол гемоглобин агуулсан гемоглобин бөгөөд түүний төвд төмрийн ион байдаг. Тиймээс Голдвассерын баг шинэ төрсөн цусны улаан эсийг цацраг идэвхт төмрийн изотопоор тэмдэглэж, EPO-ийн идэвхийг илрүүлэх эмзэг аргыг боловсруулсан. Энэ нь амьтны шингэний дээжээс маш бага концентрацитай EPO (миллитр тутамд нанограмм) ялгаж, цэвэршүүлэх боломжтой болгодог. Гэхдээ EPO-г тусгаарлах нь маш хэцүү байсан. Тэд бөөрний цус багадалттай хонины сийвэн рүү шилжиж, дэгээ хорхойн халдварын улмаас хүнд хэлбэрийн төмрийн дутагдалтай өвчтөнүүдийн шээсэнд шилжсэн бөгөөд эцэст нь 1977 онд апластик цус багадалттай Япон өвчтөнүүдийн 2550 литр шээснээс 8 миллиграмм хүний ​​EPO уураг цэвэршүүлжээ.

1985 онд хүний ​​​​EPO-ийн уургийн дараалал, генийн клонжуулалтыг хийж дуусгасан. EPO ген нь 193 амин үлдэгдэл бүхий полипептидийг кодлодог бөгөөд энэ нь шүүрлийн үед дохионы пептидийг хайчилж авсны дараа 166 амин хүчлийн үлдэгдэлээс тогтсон боловсорч гүйцсэн уураг болох ба гликозиляцын өөрчлөлт хийх 4 цэгийг агуулдаг. 1998 онд EPO-ийн NMR уусмалын бүтэц, EPO-ийн болор бүтэц, түүний рецепторын цогцолборыг шинжилсэн. Энэ үед хүмүүс EPO-ийн талаар хамгийн зөн совинтой ойлголттой болсон.

Өнөөг хүртэл цус багадалтыг эмчлэхийн тулд цусны улаан эсийн дутагдлыг нөхөхийн тулд цус сэлбэх шаардлагатай болдог. Хүмүүс EPO-ийн талаар илүү ихийг мэдэхийн хэрээр өөрийн ясны чөмөг дэх улаан эсийн үйлдвэрлэлийг идэвхжүүлэхийн тулд тарилга хийснээр асуудлыг хөнгөвчилсөн. Гэхдээ Голдвассерын нэгэн адил ЭПО-г биеийн шингэнээс шууд цэвэршүүлэх нь хэцүү бөгөөд ургац багатай байдаг. EPO уураг, генийн дарааллыг тодорхойлсон нь хүний ​​рекомбинант EPO-г их хэмжээгээр үйлдвэрлэх боломжтой болгосон.

Үүнийг Applied Molecular Genetics (Amgen) хэмээх биотехнологийн компани хийсэн. Амген нь 1980 онд ердөө долоон гишүүний бүрэлдэхүүнтэй байгуулагдсан бөгөөд тухайн үед молекул биологийн технологид нэвтэрч био эм бэлдмэл хийхээр зорьж байжээ. Интерферон, өсөлтийн даавар ялгаруулах хүчин зүйл, гепатит В-ийн вакцин, эпидермисийн өсөлтийн хүчин зүйл нь тэдний зорилтот жагсаалтын халуун нэрсийн тоонд багтсан боловч эдгээр оролдлогын аль нь ч амжилтанд хүрсэнгүй. 1985 он хүртэл Хятадын Тайванийн эрдэмтэн Лин Фукун хүний ​​EPO-ийн генийг хувилж, улмаар ДНХ-ийн рекомбинацын технологийг ашиглан нийлэг ЭПО үйлдвэрлэжээ.

Хүний рекомбинант EPO нь эндоген EPO уурагтай ижил дараалалтай бөгөөд гликозилжилтийн өөрчлөлттэй төстэй байдаг. Мэдээжийн хэрэг, хүний ​​рекомбинант EPO нь эндоген ЭПО-ын идэвхжилтэй байдаг. 1989 оны 6-р сард Амген-ын анхны бүтээгдэхүүн болох хүний ​​эритропоэтин рекомбинант Эпогенийг АНУ-ын FDA-аас бөөрний архаг дутагдлын улмаас үүссэн цус багадалт, ХДХВ-ийн халдварын эмчилгээнд хэрэглэхийг зөвшөөрсөн. Гуравхан сарын дотор Эпогений борлуулалт 16 сая доллараас давжээ. Дараагийн хорин жилийн хугацаанд Амген нь дахин угсарсан хүний ​​EPO зах зээлд ноёрхож байв. Эпоген зөвхөн 2010 онд Амгенд 2.5 тэрбум долларын орлого авчирсан. 2018 онд Амген компанийн хөрөнгийн зах зээлийн үнэлгээ 128.8 тэрбум ам.доллар болж, дэлхийн найм дахь том эмийн компани болов.

Амген анх Голдвассертэй хамтран хүний ​​​​ЭПО-гийн цэвэршүүлсэн уурагуудыг дараалалд оруулахаар ажиллаж байсан ч үзэл суртлын зөрүүгээс болж Голдвассер, Амген хоёр удалгүй салсан гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Голдвассер болон түүний суурь судалгаа хийсэн Чикагогийн их сургууль түүний нээсэн гормоны патентыг хэзээ ч бодож байгаагүй тул EPO арилжааны асар их амжилтын төлөө нэг ч төгрөг авч чадаагүй.

Энэ нь яаж өдөөгч юм бэ

Амьсгалах үед хүчилтөрөгч нь эсийн митохондри руу орж амьсгалын гинжийг хөдөлгөж, бидний биеийн энергийн гол эх үүсвэр болох асар их хэмжээний ATP-ийг үүсгэдэг. Цус багадалттай хүмүүст хангалттай эрүүл цусны улаан эс байдаггүй бөгөөд хамгийн шууд нөлөө нь хүчилтөрөгчийг хангалттай хэмжээгээр авч чаддаггүй бөгөөд энэ нь удаан хугацааны туршид амьсгалахад хүндрэлтэй байдагтай адил ядрах мэдрэмж төрүүлдэг. Хүний рекомбинант EPO-г тарих үед цус багадалттай өвчтөнүүдийн бие илүү их улаан эсийг үүсгэдэг.илүү их хүчилтөрөгч зөөвөрлөж, илүү их энергийн молекул ATP үйлдвэрлэж, шинж тэмдгийг үр дүнтэй арилгадаг.

Гэсэн хэдий ч зарим спортын ажилчид хүний ​​​​рекомбинант EPO-ийн талаар бодож эхэлсэн. Хэрэв тамирчдын бие махбодийг цусны улаан эсийг илүү ихээр үйлдвэрлэхэд түлхэц өгөхийн тулд EPO төрлийн хиймэл рекомбинант гормоныг хэрэглэвэл тамирчдын хүчилтөрөгч авах, энергийн молекул үүсгэх чадварыг сайжруулах боломжтой бөгөөд энэ нь тамирчдын тэсвэр тэвчээрийг нэмэгдүүлэх боломжтой юм. дугуй унах, холын зайн гүйлт, цанаар гулгах зэрэг арга хэмжээ. Хэрэглээний физиологийн сэтгүүлд 1980 онд гарсан нийтлэлд цусны өдөөгч бодис (эритропоэтин, хиймэл хүчилтөрөгч тээвэрлэгч, цус сэлбэх) нь тэсвэр тэвчээрийг 34 хувиар нэмэгдүүлдэг болохыг харуулсан. Хэрэв тамирчид EPO хэрэглэвэл гүйлтийн зам дээр өмнөхөөсөө 44 секундээр бага хугацаанд 8 км замыг туулж чадна. Үнэн хэрэгтээ дугуй унах, марафон гүйлтүүд нь EPO өдөөгчийг хамгийн их гэмтээдэг. 1998 оны Тур де Франс уралдааны үеэр Фестина багийн Испанийн багийн эмч Францын хил дээр 400 шил хиймэл рекомбинант ЭПО-той баривчлагджээ! Үүний үр дүнд мэдээж бүх багийг Тураас хөөж, хориглосон.

Олон улсын олимпийн хороо 1992 оны Барселоны наадамд EPO-г хориглосон жагсаалтдаа оруулсан боловч хүний ​​​​ЭПО-ын шинжилгээг дахин зохион байгуулах нь маш хэцүү байсан тул 2000 оны Наадмын өмнө тамирчид үүнийг ашиглаж байгаа эсэхийг үр дүнтэй илрүүлэх арга байгаагүй. Хэд хэдэн шалтгаан бий: 1) Биеийн шингэн дэх EPO-ийн агууламж маш бага, хэвийн хүмүүсийн нэг мл цусан дахь EPO нь ойролцоогоор 130-230 нанограмм байдаг; 2) Хиймэл рекомбинант EPO-ийн амин хүчлийн найрлага нь хүний ​​эндоген EPO уургийнхтай яг ижил, зөвхөн гликозиляцийн хэлбэр нь маш бага ялгаатай; 3) Цусан дахь EPO-ийн хагас задралын хугацаа ердөө 5-6 цаг бөгөөд сүүлийн тарилга хийснээс хойш 4-7 хоногийн дараа ерөнхийдөө илрэхгүй; 4) Хувь хүний ​​EPO түвшин нь маш өөр тул үнэмлэхүй тоон стандартыг бий болгоход хэцүү байдаг.

WADA 2000 оноос хойш рекомбинант EPO-г шууд илрүүлэх шинжлэх ухааны цорын ганц баталгаажуулалтын арга болгон шээсний шинжилгээг ашиглаж ирсэн. Хиймэл рекомбинант EPO-ийн гликолижсон хэлбэр ба хүний ​​ЭПО-ын хооронд бага зэрэг ялгаатай байдаг тул хоёр молекулын цэнэгийн шинж чанар нь маш бага бөгөөд изоэлектрик фокус гэж нэрлэгддэг электрофорезын аргаар ялгах боломжтой байдаг. хиймэл рекомбинант EPO-г шууд илрүүлэх. Гэсэн хэдий ч хүний ​​гаралтай эсүүдээр илэрхийлэгдсэн зарим рекомбинант ЭПО гликозиляцын хувьд ямар ч ялгаагүй тул зарим шинжээчид экзоген ЭПО болон эндоген ЭПО-г нүүрстөрөгчийн изотопын өөр агуулгаар ялгах хэрэгтэй гэж зарим мэргэжилтнүүд санал болгов.

Үнэн хэрэгтээ, EPO-ийн янз бүрийн туршилтын аргуудад хязгаарлалт байсаар байна. Жишээлбэл, Америкийн дугуйн домогт тамирчин Лэнс Армстронг Тур де Франс уралдаанд долоон удаа түрүүлэхдээ EPO болон бусад сэргээш хэрэглэсэн гэдгээ хүлээн зөвшөөрсөн ч тухайн үед допингийн шинжилгээ авахад EPO эерэг батлагдаагүй. "Нэг фут өндөр" үү, "нэг фут өндөр" үү гэдгийг бид хүлээх ёстой.

Энэ нь яаж Нобелийн шагнал болдог вэ

ЭПО болон 2019 оны Физиологи, Анагаах ухааны салбарын Нобелийн шагналын хоорондын уялдаа холбоотой эцсийн үг.

EPO нь хүний ​​биеийн гипоксид үзүүлэх хариу үйлдэл, мэдрэмжийн хамгийн ердийн тохиолдол юм. Тиймээс Нобелийн хоёр шагналтан Семенза, Рэтклифф нар эсийн мэдрэхүйн механизм болон гипоксид дасан зохицох механизмыг судлах эхлэлийн цэг болгон EPO-г сонгосон. Эхний алхам бол хүчилтөрөгчийн өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх EPO генийн элементүүдийг олох явдал байв. Семенза гипоксийн хариу урвалын элемент гэж нэрлэсэн EPO кодлогч генийн 3-р төгсгөлд 256 суурьтай кодлогдоогүй гол дарааллыг тодорхойлсон. Хэрэв энэ элементийн дараалал мутацид орсон эсвэл устгагдсан бол EPO уургийн гипоксид хариу үйлдэл үзүүлэх чадвар эрс буурдаг. Хэрэв энэ элементийн дараалал нь гипокситэй холбоогүй бусад генүүдийн доод урсгалын 3' төгсгөлтэй нийлсэн бол эдгээр өөрчлөгдсөн генүүд нь мөн EPO шиг идэвхжүүлэлтийг харуулдаг.гипоксийн нөхцөлд.

Дараа нь Рэтклифф болон түүний багийнхан гипоксийн хариу урвалын энэхүү элемент нь зөвхөн EPO үйлдвэрлэх үүрэгтэй бөөр, элэгний эсүүдэд агуулагддаггүй, мөн хүчилтөрөгчийн дутагдалтай нөхцөлд ажиллах боломжтой бусад олон төрлийн эсүүдэд агуулагддаг болохыг олж мэдсэн. Өөрөөр хэлбэл, гипоксид үзүүлэх энэхүү хариу урвал нь EPO-д хамаарахгүй, эсэд илүү өргөн тархсан үзэгдэл байж болно. EPO үйлдвэрлэх үүрэгтэй биш эдгээр бусад эсүүд нь хүчилтөрөгчийн концентрацийн өөрчлөлтийг мэдэрдэг молекулуудыг (генийн илэрхийлэлийг идэвхжүүлэх үүрэгтэй транскрипцийн хүчин зүйл гэх мэт) агуулсан байх ёстой бөгөөд EPO зэрэг генийг идэвхжүүлэхийн тулд гипоксигийн хариу урвалын элементүүдтэй холбогддог.