Tilu juara Hadiah Nobel Fisiologi atanapi Kedokteran 2019, William G. Kaelin, Jr., Gregg L. Semenza sareng Sir Peter J. Ratcliffe parantos kéngingkeun Hadiah Lasker 2016 dina Kedokteran Dasar pikeun karyana ngeunaan kumaha sél rasa sareng adaptasi. mun hypoxia, jadi teu utamana héran. Aranjeunna mendakan sareng ngaidentipikasi molekul konci faktor hypoxia-inducible 1 (HIF-1). Dinten ieu kami hoyong uih deui ka asal studi, nyaéta érythropoietin, atanapi EPO, molekul mujijat.
Éta faktor pangpentingna dina produksi sél getih beureum
Sél getih beureum nyaéta jinis sél getih anu paling seueur dina getih, sareng mangrupikeun médium utama pikeun ngangkut oksigén sareng karbon dioksida ngalangkungan getih vertebrata. Éritrosit dihasilkeun dina sungsum tulang: Sél stém hématopoétik mimiti proliferasi sarta diferensiasi jadi progenitor rupa-rupa sél getih, sarta progenitor érythroid bisa salajengna diferensiasi tur dewasa jadi éritrosit. Dina kaayaan normal, laju produksi éritrosit manusa rendah pisan, tapi dina kaayaan setrés sapertos perdarahan, hemolisis, sareng hypoxia, laju produksi éritrosit tiasa ningkat dugi ka dalapan kali. Dina prosés ieu, érythropoietin EPO mangrupikeun salah sahiji faktor anu paling penting.
EPO mangrupikeun hormon anu disintésis utamina dina ginjal. Sifat kimiana nyaéta protéin anu kacida glikosilasi. Naha dina ginjal? Ngeunaan hiji liter getih ngalir ngaliwatan ginjal unggal menit, ngarah bisa gancang jeung éfisién ngadeteksi parobahan tingkat oksigén dina getih. Nalika tingkat oksigén dina getih handap, ginjal ngabales gancang sarta ngahasilkeun jumlah badag EPO. Panungtungan sirkulasi ngaliwatan aliran getih ka sungsum tulang, dimana eta promotes konvérsi sél progenitor erythroid kana sél getih beureum. Sél getih beureum asak dileupaskeun tina sungsum tulang kana sistem sirkulasi pikeun ningkatkeun kamampuan awak pikeun ngabeungkeut oksigén. Nalika ginjal ngarasa paningkatan oksigén dina getih, aranjeunna ngirangan produksi EPO, anu salajengna ngirangan jumlah sél getih beureum dina sungsum tulang.
Ieu ngajadikeun loop adjustment sampurna. Sanajan kitu, jalma hirup di luhur sarta sababaraha penderita anémia mindeng sapatemon kaayaan tingkat oksigén getih terus low, nu teu bisa ngalengkepan sirkulasi luhur sarta merangsang ginjal pikeun terus secrete EPO, ku kituna konsentrasi EPO getih leuwih luhur ti jalma biasa.
Butuh waktu ampir 80 taun pikeun manggihan eta
Sapertos seueur pamanggihan utama, pamahaman para ilmuwan ngeunaan EPO henteu lancar, kalayan patarosan sareng tantangan sapanjang jalan. Butuh waktu ampir 80 taun ti konsép EPO nepi ka tekad ahir molekul husus.
Dina 1906, élmuwan Perancis Carnot jeung Deflandre nyuntik kelenci normal kalawan sérum kelenci anemia sarta manggihan yén jumlah sél getih beureum dina plasma kelenci normal ngaronjat. Aranjeunna yakin yén sababaraha faktor humoral dina plasma bisa merangsang jeung ngatur produksi sél getih beureum. Ieu mangrupikeun prototipe konsép EPO munggaran. Hanjakal, hasilna teu acan replicated dina dekade saterusna, utamana kusabab count sél getih beureum anyar teu akurat.
Eksperimen parabiosis Reissmann sareng Ruhenstroth-Bauer dina 1950 nyayogikeun bukti anu kuat. Aranjeunna bedah numbu sistem sirkulasi dua beurit hirup, nempatkeun hiji di lingkungan hypoxic sarta séjén engapan hawa normal. Hasilna, duanana mencit ngahasilkeun jumlah masif sél getih beureum. Teu aya ragu yén aya hormon dina aliran getih nu ngarangsang produksi sél getih beureum, ti mana EPO meunang ngaranna. Di sisi anu sanésna, EPO sénsitip pisan kana hypoxia.
Naon molekul EPO? Butuh waktu 30 taun élmuwan Amérika Goldwasser pikeun tungtungna netelakeun masalah dina tingkat biokimia. Lamun pagawe hayang migawe pagawean anu hade, kudu ngasah heula parabotna. Fungsi EPO nyaéta pikeun merangsang sél getih beureum anyar, tapiitungan dimungkinkeun teu akurat. Molekul fungsional anu paling penting dina sél getih beureum nyaéta hémoglobin anu ngandung hém, anu ngandung ion ferrous di tengahna. Jadi tim Goldwasser urang dilabélan sél getih beureum bayi nu anyar lahir jeung isotop beusi radioaktif sarta dimekarkeun metoda sénsitip pikeun detecting aktivitas EPO. Hal ieu ngamungkinkeun pikeun ngasingkeun sareng ngamurnikeun konsentrasi EPO (nanogram per mililiter) tina conto cairan sato. Tapi isolasi EPO sesah pisan. Aranjeunna gentos tina ginjal kana plasma domba anémik, kana cikiih pasien anu kakurangan beusi parah kusabab inféksi hookworm, sareng tungtungna, dina 1977, ngamurnikeun 8 miligram protéin EPO manusa tina 2.550 liter cikiih ti pasien Jepang anu anémia aplastik.
Dina 1985, sequencing protéin jeung kloning gén EPO manusa réngsé. Gén EPO ngodekeun polipéptida kalayan 193 résidu amino, anu janten protéin asak anu diwangun ku 166 résidu asam amino saatos sinyal péptida dipotong nalika sékrési, sareng ngandung 4 situs pikeun modifikasi glikosilasi. Dina 1998, struktur solusi NMR EPO sareng struktur kristal EPO sareng kompleks reséptor na dianalisis. Dina titik ieu, jalma gaduh pamahaman anu paling intuitif ngeunaan EPO.
Nepi ka ayeuna, pengobatan anemia biasana merlukeun transfusi getih pikeun replenish kakurangan sél getih beureum. Salaku jalma leuwih jéntré ngeunaan EPO, injecting eta pikeun merangsang produksi sél getih beureum dina sungsum tulang sorangan geus nyieun masalah gampang. Tapi ngamurnikeun EPO langsung tina cairan awak, sapertos Goldwasser, sesah sareng ngahasilkeun rendah. Tekad protéin EPO sareng urutan gen ngamungkinkeun pikeun ngahasilkeun EPO manusa rékombinan dina jumlah anu ageung.
Éta dilakukeun ku perusahaan biotéhnologi anu disebut Applied Molecular Genetics (Amgen). Amgen diadegkeun dina 1980 kalayan ngan tujuh anggota, ngaharepkeun ngadamel biofarmaseutikal sareng téknik biologi molekular anu muncul. Interferon, faktor ngaleupaskeun hormon pertumbuhan, vaksin hépatitis B, faktor pertumbuhan épidermis éta diantara ngaran panas dina daptar target maranéhanana, tapi taya sahiji usaha ieu hasil. Nepi ka 1985, Lin Fukun, élmuwan Cina ti Taiwan, Cina, kloning gén EPO manusa, lajeng sadar produksi EPO sintétik ngagunakeun téhnologi rekombinasi DNA.
EPO manusa rékombinan boga runtuyan sarua jeung protéin EPO endogenous, sarta ogé mibanda modifikasi glikosilasi sarupa. Alami, EPO manusa rékombinan ogé boga aktivitas EPO endogenous. Dina Juni 1989, produk munggaran Amgen, rékombinan manusa érythropoietin Epogen, disatujuan ku FDA AS pikeun pengobatan anemia disababkeun ku gagal ginjal kronis sarta anemia dina pengobatan inféksi HIV. Penjualan Epogen topped $ 16 juta dina ngan tilu bulan. Salila dua dekade ka hareup, Amgen ngadominasi pasar pikeun EPO manusa anu dipasang deui. Epogen mawa Amgen $ 2,5 milyar dina pendapatan di 2010 nyalira. Dina taun 2018, nilai pasar saham Amgen $ 128.8 milyar, ngajantenkeun éta perusahaan farmasi panggedéna kadalapan di dunya.
Perhatos yén Amgen mimitina damel sareng Goldwasser pikeun nyayogikeun protéin EPO manusa anu dimurnikeun pikeun urutan, tapi Goldwasser sareng Amgen pas kaluar kusabab bédana ideologis. Goldwasser sareng Universitas Chicago na, anu ngalakukeun panalungtikan dasar, henteu kantos ngira-ngira pikeun ngapaténkeun hormon anu anjeunna mendakan, sareng janten henteu nampi artos pikeun kasuksésan komérsial ageung EPO.
Éta - kumaha éta stimulan
Nalika urang ngambekan, oksigén asup kana mitokondria sél pikeun ngajalankeun ranté pernapasan sareng ngahasilkeun jumlah ATP anu ageung, sumber énergi utama dina awak urang. Jalma anu anémik henteu ngagaduhan sél getih beureum anu séhat, sareng pangaruh anu paling langsung nyaéta aranjeunna henteu nyandak oksigén anu cukup, anu nyababkeun aranjeunna capé, sami sareng masalah engapan salami lami. Nalika disuntik sareng EPO manusa rékombinan, awak pasien anémia ngahasilkeun langkung sél getih beureum,mawa leuwih oksigén, sarta ngahasilkeun leuwih molekul énergi ATP, éféktif relieving gejala.
Sanajan kitu, sababaraha pagawe olahraga ogé geus mimiti mikiran EPO manusa rekombinan. Lamun hormon rékombinan jieunan tipe EPO dipaké pikeun merangsang awak atlit ngahasilkeun leuwih sél getih beureum, kasebut nyaéta dimungkinkeun pikeun ngaronjatkeun kamampuh atlit pikeun ménta oksigén jeung ngahasilkeun molekul énergi, nu ogé bisa ngaronjatkeun kinerja atlit dina daya tahan. acara kayaning Ngabuburit, ngajalankeun jarak jauh jeung ski cross-nagara. Makalah 1980 dina Journal of Applied Physiology nunjukkeun yén stimulan getih (erythropoietin, pembawa oksigén jieunan sareng transfusi getih) tiasa ningkatkeun daya tahan ku 34 persen. Upami atlit nganggo EPO, aranjeunna tiasa ngajalankeun 8 kilométer dina treadmill dina 44 detik langkung lami tibatan sateuacanna. Kanyataanna, Ngabuburit jeung marathon geus offenders awon pikeun stimulants EPO. Salila Tour de France 1998, dokter tim Spanyol pikeun tim Festina ditahan di wates Perancis kalayan 400 botol EPO rekombinan jieunan! Hasilna, tangtosna, sadayana tim ditajong kaluar tina Tur sareng dilarang.
Komite Olimpiade Internasional nambahkeun EPO kana daptar dilarang na di 1992 Barcelona Kaulinan, tapi reorganisasi nguji EPO manusa éta jadi hésé yén saméméh 2000 Kaulinan euweuh cara pikeun éféktif ngadeteksi naha atlit ngagunakeun eta. Aya sababaraha alesan: 1) eusi EPO dina cairan awak pisan low, sarta EPO per ml getih dina jalma normal nyaeta ngeunaan 130-230 nanograms; 2) Komposisi asam amino EPO rékombinan jieunan persis sarua jeung protéin EPO endogenous manusa, ngan bentuk glikosilasi rada béda; 3) Satengah-umur EPO dina getih ngan ukur 5-6 jam, sareng umumna teu kapendak 4-7 dinten saatos suntikan terakhir; 4) Tingkat EPO individu pisan béda, jadi hese ngadegkeun standar kuantitatif mutlak.
Kusabab 2000, WADA parantos ngagunakeun tés cikiih salaku hiji-hijina metode verifikasi ilmiah pikeun deteksi langsung EPO rékombinan. Kusabab saeutik bédana antara bentuk glikolasi tina EPO rékombinan jieunan sareng EPO manusa, sipat muatan tina dua molekul éta leutik pisan sareng tiasa dibédakeun ku metode éléktroforésis anu disebut fokus isoelektrik, anu mangrupikeun strategi utama pikeun deteksi langsung tina EPO rékombinan jieunan. Sanajan kitu, sababaraha EPO rékombinan dikedalkeun ku sél turunan manusa némbongkeun euweuh bédana dina glikosilasi, jadi sababaraha ahli ngusulkeun yén EPO exogenous jeung EPO endogenous kudu dibédakeun ku eusi isotop karbon béda.
Nyatana, masih aya watesan dina metode tés anu béda pikeun EPO. Salaku conto, Lance Armstrong, legenda balap Amérika, ngaku nyandak EPO sareng stimulan sanés salami tujuh kameunangan Tour de France, tapi anjeunna henteu leres-leres dikonfirmasi positip pikeun EPO dina tés doping dina waktos éta. Urang masih kudu antosan tur tingal naha éta "hiji suku luhur" atawa "hiji suku luhur".
Kumaha carana sangkan Hadiah Nobel
Kecap pamungkas ngeunaan hubungan antara EPO sareng Hadiah Nobel 2019 dina Fisiologi atanapi Kedokteran.
EPO mangrupikeun kasus anu paling umum tina persepsi awak manusa sareng réspon kana hypoxia. Ku alatan éta, Semenza jeung Ratcliffe, dua pamenang Nobel, milih EPO salaku titik awal pikeun nalungtik mékanisme persepsi sél jeung adaptasi kana hypoxia. Léngkah munggaran nyaéta milarian unsur gén EPO anu tiasa ngaréspon kana parobahan oksigén. Semenza ngaidentipikasi runtuyan non-coding 256-basa konci dina 3 'ujung hilir tina gén encoding EPO, ngaranna unsur respon hypoxia. Lamun runtuyan unsur ieu mutated atawa dihapus, pangabisa protéin EPO pikeun ngabales hypoxia bakal greatly ngurangan. Lamun runtuyan unsur ieu ngahiji ka hilir 3 'tungtung gén séjén teu pakait sareng hypoxia, gén dirobah ieu ogé némbongkeun aktivasina EPO-kawas.dina kaayaan hypoxia.
Ratcliffe sareng timnya teras mendakan yén unsur réspon hipoksia ieu henteu ngan ukur aya dina sél ginjal atanapi ati anu tanggung jawab pikeun ngahasilkeun EPO, tapi ogé dina seueur jinis sél sanés anu tiasa fungsina dina kaayaan hypoxic. Dina basa sejen, respon ieu hypoxia bisa jadi teu husus pikeun EPO, tapi rada fenomena leuwih nyebar dina sél. Sél séjén ieu, anu henteu tanggung jawab pikeun produksi EPO, kedah ngandung molekul (sapertos faktor transkripsi anu tanggung jawab pikeun ngaktipkeun éksprési gén) anu ngaraos parobahan konsentrasi oksigén sareng ngiket unsur réspon hipoksia pikeun ngaktipkeun gén sapertos EPO.
