It-tliet rebbieħa tal-Premju Nobel għall-Fiżjoloġija jew il-Mediċina 2019, William G. Kaelin, Jr., Gregg L. Semenza u Sir Peter J. Ratcliffe kienu diġà rebħu l-Premju Lasker 2016 fil-Mediċina Bażika għax-xogħol tagħhom dwar kif iċ-ċelloli jħossu u jadattaw ruħhom. għall-ipoksja, għalhekk ma kienx partikolarment sorprendenti. Huma skoprew u identifikaw il-fattur 1 li jinduċibbli mill-ipoksja tal-molekula ewlenija (HIF-1). Illum irridu mmorru lura għall-oriġini tal-istudju, li hija l-eritropojetin, jew EPO, molekula miraklu.
Huwa l-aktar fattur importanti fil-produzzjoni taċ-ċelluli ħomor tad-demm
Iċ-ċelluli ħomor tad-demm huma l-aktar tip abbundanti ta 'ċelluli tad-demm fid-demm, u huma l-mezz ewlieni għat-trasport ta' ossiġnu u dijossidu tal-karbonju permezz tad-demm tal-vertebrati. L-eritroċiti huma ġġenerati fil-mudullun: Iċ-ċelloli staminali ematopojetiċi l-ewwel jipproliferaw u jiddifferenzjaw fi proġenituri ta 'diversi ċelluli tad-demm, u l-proġenituri eritrojdi jistgħu jkomplu jiddifferenzjaw u jimmaturaw f'eritroċiti. Taħt kundizzjonijiet normali, ir-rata ta 'produzzjoni ta' eritroċiti umani hija baxxa ħafna, iżda taħt stress bħal fsada, emolisi u ipoksja, ir-rata ta 'produzzjoni ta' eritroċiti tista 'tiżdied sa tmien darbiet. F'dan il-proċess, l-eritropojetin EPO huwa wieħed mill-aktar fatturi importanti.
L-EPO huwa ormon sintetizzat prinċipalment fil-kliewi. In-natura kimika tagħha hija proteina glikosilata ħafna. Għaliex fil-kliewi? Madwar litru ta 'demm jiċċirkola mill-kliewi kull minuta, sabiex ikunu jistgħu jiskopru malajr u b'mod effiċjenti bidliet fil-livelli ta' ossiġnu fid-demm. Meta l-livelli ta 'ossiġnu fid-demm huma baxxi, il-kliewi jirrispondu malajr u jipproduċu ammonti kbar ta' EPO. Dan tal-aħħar jiċċirkola miċ-ċirkolazzjoni tad-demm sal-mudullun, fejn jippromwovi l-konverżjoni taċ-ċelloli proġenitriċi eritrojdi f'ċelluli ħomor tad-demm. Iċ-ċelluli ħomor tad-demm maturi jiġu rilaxxati mill-mudullun fis-sistema ċirkolatorja biex itejbu l-kapaċità tal-ġisem li jeħel mal-ossiġnu. Meta l-kliewi jħossu żieda fl-ossiġnu fid-demm, inaqqsu l-produzzjoni tal-EPO, li mbagħad inaqqas l-ammont ta 'ċelluli ħomor tad-demm fil-mudullun.
Dan jagħmel linja ta 'aġġustament perfetta. Madankollu, in-nies li jgħixu f'altitudni għolja u xi pazjenti bl-anemija spiss jiltaqgħu mal-kundizzjoni ta 'livell ta' ossiġnu fid-demm kontinwament baxx, li ma jistax itemm iċ-ċirkolazzjoni ta 'hawn fuq u jistimula l-kliewi biex kontinwament inixxi l-EPO, sabiex il-konċentrazzjoni EPO tad-demm tkun ogħla minn nies ordinarji.
Ħadu kważi 80 sena biex tikxefha
Bħal ħafna skoperti kbar, il-fehim tax-xjenzati tal-EPO ma kienx bla xkiel, b'mistoqsijiet u sfidi tul it-triq. Ħadu kważi 80 sena mill-kunċett tal-EPO sad-determinazzjoni finali tal-molekula speċifika.
Fl-1906, ix-xjentisti Franċiżi Carnot u Deflandre injettaw fniek normali bis-serum ta 'fniek anemiċi u sabu li l-għadd taċ-ċelluli ħomor tad-demm fil-plażma ta' fniek normali żdied. Huma jemmnu li xi fatturi umorali fil-plażma jistgħu jistimulaw u jirregolaw il-produzzjoni taċ-ċelluli ħomor tad-demm. Dan kien l-ewwel prototip tal-kunċett tal-EPO. Sfortunatament, ir-riżultati ma ġewx replikati fl-għexieren ta 'snin sussegwenti, prinċipalment minħabba li l-għadd ta' ċelluli ħomor tad-demm ġodda ma kienx preċiż.
L-esperiment tal-parabiosis ta’ Reissmann u Ruhenstroth-Bauer fl-1950 ipprovda evidenza tassew qawwija. Huma rabtu kirurġikament is-sistemi ċirkolatorji ta 'żewġ firien ħajjin, u poġġew wieħed f'ambjent iposiku u l-ieħor jieħu n-nifs ta' arja normali. Bħala riżultat, iż-żewġ ġrieden ipproduċew ammonti massivi ta 'ċelluli ħomor tad-demm. M'hemm l-ebda dubju li hemm ormon fid-demm li jistimula l-produzzjoni ta 'ċelluli ħomor tad-demm, li minnu l-EPO jieħu isimha. Min-naħa l-oħra, l-EPO huwa sensittiv ħafna għall-ipoksja.
X'molekula hija l-EPO? Ix-xjenzat Amerikan Goldwasser ħa 30 sena biex finalment jiċċara l-problema fil-livell bijokimiku. Jekk ħaddiem irid jagħmel xogħol tajjeb, l-ewwel irid jiffoka l-għodda tiegħu. Il-funzjoni tal-EPO hija li tistimula ċelluli ħomor tad-demm ġodda, iżdal-għadd ta' dawn tal-aħħar mhuwiex preċiż. L-aktar molekula funzjonali importanti fiċ-ċelluli ħomor tad-demm hija l-emoglobina li fiha l-eme, li fiha jone tal-ħadid fiċ-ċentru tagħha. Allura t-tim ta 'Goldwasser ittikkettja ċelluli ħomor tad-demm tat-twelid b'isotopi tal-ħadid radjuattiv u żviluppa metodu sensittiv għall-iskoperta tal-attività tal-EPO. Dan jagħmilha possibbli li jiġu iżolati u purifikati konċentrazzjonijiet baxxi ħafna ta 'EPO (nanogrammi għal kull millilitru) minn kampjuni ta' fluwidu ta 'annimali. Iżda l-iżolament tal-EPO kien estremament diffiċli. Huma qalbu mill-kliewi għall-plażma tan-nagħaġ anemika, għall-awrina ta 'pazjenti b'defiċjenza severa tal-ħadid minħabba infezzjoni tal-hookworm, u finalment, fl-1977, purifikat 8 milligrammi ta' proteina EPO umana minn 2,550 litru ta 'awrina minn pazjenti Ġappuniżi b'anemija aplastika.
Fl-1985, is-sekwenzjar tal-proteini u l-klonazzjoni tal-ġeni tal-EPO tal-bniedem tlestew. Il-ġene EPO jikkodifika polypeptide b'193 residwi amino, li jsir proteina matura komposta minn 166 residwi ta 'aċidu amminiku wara li l-peptide tas-sinjal jinqata' waqt it-tnixxija, u fih 4 siti għall-modifika tal-glikosilazzjoni. Fl-1998, l-istruttura tas-soluzzjoni NMR tal-EPO u l-istruttura tal-kristall tal-EPO u l-kumpless tar-riċettur tagħha ġew analizzati. F'dan il-punt, in-nies għandhom l-aktar fehim intuwittiv tal-EPO.
Sa issa, it-trattament għall-anemija ġeneralment kien jeħtieġ trasfużjonijiet tad-demm biex jimtela n-nuqqas taċ-ċelluli ħomor tad-demm. Hekk kif in-nies jitgħallmu aktar dwar l-EPO, l-injezzjoni tagħha biex tistimula l-produzzjoni taċ-ċelluli ħomor tad-demm fil-mudullun tagħhom stess għamlet il-problema aktar faċli. Iżda l-purifikazzjoni tal-EPO direttament mill-fluwidi tal-ġisem, kif għamel Goldwasser, hija diffiċli u r-rendimenti huma baxxi. Id-determinazzjoni tal-proteina EPO u s-sekwenza tal-ġeni għamlitha possibbli li tiġi prodotta EPO umana rikombinanti fi kwantitajiet kbar.
Saret minn kumpanija tal-bijoteknoloġija msejħa Applied Molecular Genetics (Amgen). Amgen twaqqfet fl-1980 b'seba 'membri biss, bit-tama li tagħmel bijofarmaċewtiċi bit-tekniki emerġenti ta' dak iż-żmien tal-bijoloġija molekulari. L-interferon, il-fattur li jirrilaxxa l-ormon tat-tkabbir, il-vaċċin tal-epatite B, il-fattur tat-tkabbir epidermali kienu fost l-ismijiet sħan fuq il-lista ta 'miri tagħhom, iżda l-ebda wieħed minn dawn it-tentattivi ma rnexxielu. Sal-1985, Lin Fukun, xjenzat Ċiniż mit-Tajwan, iċ-Ċina, ikklona l-ġene tal-EPO uman, u mbagħad irrealizza l-produzzjoni ta 'EPO sintetiku bl-użu tat-teknoloġija ta' rikombinazzjoni tad-DNA.
L-EPO uman rikombinanti għandu l-istess sekwenza bħall-proteina EPO endoġena, u għandu wkoll modifika simili ta 'glycosylation. Naturalment, l-EPO uman rikombinanti għandu wkoll l-attività ta 'EPO endoġenu. F'Ġunju 1989, l-ewwel prodott ta 'Amgen, eritropojetin uman rikombinanti Epogen, ġie approvat mill-FDA ta' l-Istati Uniti għat-trattament ta 'anemija kkawżata minn insuffiċjenza renali kronika u anemija fit-trattament ta' infezzjoni ta 'l-HIV. Il-bejgħ tal-Epogen laħaq $16-il miljun fi tliet xhur biss. Matul l-għoxrin sena li ġejjin, Amgen iddominat is-suq għall-EPO uman immuntat mill-ġdid. Epogen ġab lil Amgen $2.5 biljun fi dħul fl-2010 biss. Fl-2018, il-valur tas-suq tal-ishma ta 'Amgen kien ta' $128.8 biljun, li jagħmilha t-tmien l-akbar kumpanija farmaċewtika fid-dinja.
Ta 'min jinnota li Amgen inizjalment ħadmet ma' Goldwasser biex tipprovdi proteini EPO umani purifikati għas-sekwenzjar, iżda Goldwasser u Amgen malajr waqgħu minħabba differenzi ideoloġiċi. Goldwasser u l-Università tiegħu ta 'Chicago, li għamlet riċerka bażika, qatt ma ħasbu li jipprivattiva l-ormon li skopra, u għalhekk ma rċevewx penny għas-suċċess kummerċjali enormi tal-EPO.
Huwa - kif huwa stimulant
Meta nieħdu n-nifs, l-ossiġnu jidħol fil-mitokondrija taċ-ċelloli biex imexxi l-katina respiratorja u jipproduċi ammonti massivi ta 'ATP, is-sors ewlieni ta' enerġija f'ġisimna. In-nies anemiċi m'għandhomx biżżejjed ċelluli ħomor tad-demm b'saħħithom, u l-aktar effett immedjat huwa li ma jieħdux biżżejjed ossiġnu, li jagħmilhom iħossuhom għajjien, simili għal problemi tan-nifs matul medda twila. Meta jiġi injettat b'EPO uman rikombinanti, il-korpi tal-pazjenti bl-anemija jipproduċu aktar ċelluli ħomor tad-demm,iġorru aktar ossiġnu, u jipproduċu aktar mill-molekula ta 'enerġija ATP, li effettivament ittaffi s-sintomi.
Madankollu, xi ħaddiema sportivi bdew jaħsbu wkoll dwar l-EPO uman rikombinanti. Jekk l-ormon rikombinanti artifiċjali tat-tip EPO jintuża biex jistimula l-ġisem tal-atleti biex jipproduċi aktar ċelluli ħomor tad-demm, huwa possibbli li tittejjeb il-kapaċità tal-atleti li jiksbu ossiġnu u jipproduċu molekuli tal-enerġija, li jistgħu wkoll itejbu l-prestazzjoni tal-atleti fir-reżistenza. avvenimenti bħaċ-ċikliżmu, ġiri fuq distanzi twal u skiing cross-country. Karta tal-1980 fil-Ġurnal tal-Fiżjoloġija Applikata wriet li stimulanti tad-demm (eritropojetin, trasportaturi tal-ossiġnu artifiċjali u trasfużjonijiet tad-demm) jistgħu jżidu r-reżistenza b'34 fil-mija. Jekk l-atleti jużaw l-EPO, jistgħu jiġru 8 kilometri fuq it-treadmill f'44 sekonda inqas ħin minn qabel. Fil-fatt, iċ-ċikliżmu u l-maratoni kienu l-agħar delinkwenti għal stimulanti tal-EPO. Matul it-Tour de France tal-1998, tabib tat-tim Spanjol għat-tim Festina ġie arrestat fil-fruntiera Franċiża b'400 flixkun ta 'EPO rikombinanti artifiċjali! Ir-riżultat, ovvjament, kien li t-tim kollu tkeċċa mit-Tour u pprojbit.
Il-Kumitat Olimpiku Internazzjonali żied l-EPO mal-lista pprojbita tiegħu fil-Logħob ta' Barċellona tal-1992, iżda l-organizzazzjoni mill-ġdid tal-ittestjar tal-EPO uman kienet tant diffiċli li qabel il-Logħob tal-2000 ma kien hemm l-ebda mod biex tiskopri b'mod effettiv jekk l-atleti kinux qed jużawh. Hemm diversi raġunijiet: 1) Il-kontenut ta 'EPO fil-fluwidi tal-ġisem huwa baxx ħafna, u l-EPO għal kull ml ta' demm f'nies normali huwa ta 'madwar 130-230 nanogramma; 2) Il-kompożizzjoni tal-aċidu amminiku tal-EPO rikombinanti artifiċjali hija eżattament l-istess bħal dik tal-proteina EPO endoġena tal-bniedem, il-forma ta 'glycosylation biss hija kemmxejn differenti ħafna; 3) Il-half-life ta 'EPO fid-demm hija biss 5-6 sigħat, u ġeneralment ma tinstabx 4-7 ijiem wara l-aħħar injezzjoni; 4) Il-livell EPO individwali huwa differenti ħafna, għalhekk huwa diffiċli li jiġi stabbilit standard kwantitattiv assolut.
Mill-2000, il-WADA użat l-ittestjar tal-awrina bħala l-uniku metodu ta’ verifika xjentifika għall-iskoperta diretta tal-EPO rikombinanti. Minħabba d-differenzi żgħar bejn il-forma glycoylated tal-EPO rikombinanti artifiċjali u dik tal-EPO tal-bniedem, il-proprjetajiet iċċarġjati taż-żewġ molekuli huma żgħar ħafna u jistgħu jiġu distinti b'metodu ta 'elettroforeżi msejjaħ fokus iżoelettriku, li huwa l-istrateġija ewlenija għall- skoperta diretta tal-EPO rikombinanti artifiċjali. Madankollu, xi EPO rikombinanti espress minn ċelluli derivati mill-bniedem ma wrew l-ebda differenza fil-glikosilazzjoni, għalhekk xi esperti ssuġġerew li l-EPO eżoġenu u l-EPO endoġenu għandhom ikunu distinti minn kontenut ta 'iżotopi tal-karbonju differenti.
Fil-fatt, għad hemm limitazzjonijiet f'metodi ta' ttestjar differenti għall-EPO. Pereżempju, Lance Armstrong, il-leġġenda Amerikana taċ-ċikliżmu, ammetta li ħa EPO u stimulanti oħra matul is-seba 'rebħiet tiegħu tat-Tour de France, iżda fil-fatt ma kienx ikkonfermat pożittiv għall-EPO f'xi test tad-doping f'dak iż-żmien. Għad irridu nistennew u naraw jekk huwiex "sieq waħda ogħla" jew "sieq waħda ogħla".
Kif tagħmel Premju Nobel
Kelma finali dwar il-konnessjoni bejn l-EPO u l-Premju Nobel għall-Fiżjoloġija jew il-Mediċina 2019.
L-EPO huwa l-aktar każ tipiku tal-perċezzjoni u r-rispons tal-ġisem tal-bniedem għall-ipoksja. Għalhekk, Semenza u Ratcliffe, żewġ rebbieħa Nobel, għażlu l-EPO bħala l-punt tat-tluq biex jistudjaw il-mekkaniżmu tal-perċezzjoni taċ-ċelluli u l-adattament għall-ipoksja. L-ewwel pass kien li jinstabu l-elementi tal-ġene EPO li jistgħu jirrispondu għall-bidliet fl-ossiġnu. Semenza identifika sekwenza ewlenija li ma tikkodifikax 256 bażi fit-tarf 3 'downstream tal-EPO li tikkodifika l-ġene, imsejjaħ l-element ta' rispons ta 'ipoksja. Jekk din is-sekwenza tal-element tiġi mutata jew imħassra, il-kapaċità tal-proteina EPO li tirrispondi għall-ipoksja titnaqqas ħafna. Jekk din is-sekwenza ta' l-elementi tiġi mgħaqqda mat-tarf 3' 'downstream' ta' ġeni oħra mhux assoċjati ma' ipoksja, dawn il-ġeni modifikati juru wkoll attivazzjoni bħal EPOtaħt kundizzjonijiet ta’ ipoksja.
Ratcliffe u t-tim tiegħu mbagħad skoprew li dan l-element ta 'rispons iposiku mhuwiex preżenti biss fiċ-ċelloli tal-kliewi jew tal-fwied responsabbli għall-produzzjoni ta' EPO, iżda wkoll f'ħafna tipi oħra ta 'ċelluli li jistgħu jiffunzjonaw taħt kundizzjonijiet iposiċi. Fi kliem ieħor, dan ir-rispons għall-ipoksja jista 'ma jkunx speċifiku għall-EPO, iżda pjuttost fenomenu aktar mifrux fiċ-ċelloli. Dawn iċ-ċelloli l-oħra, li mhumiex responsabbli għall-produzzjoni tal-EPO, għandu jkun fihom molekuli (bħal fatturi ta 'traskrizzjoni responsabbli biex jixgħel l-espressjoni tal-ġeni) li jħossu bidliet fil-konċentrazzjoni tal-ossiġnu u jorbtu ma' elementi ta 'rispons iposiku biex jixegħlu ġeni bħal EPO.
