Физиология яки медицина өлкәсендә 2019 Нобель премиясенең өч җиңүчесе, Уильям Г. Каелин, мл. Грегг Л. Семенза һәм Сэр Питер Дж. гипоксиягә, шуңа күрә бу аеруча гаҗәп түгел иде. Алар гипоксиянең төп молекуласын ачтылар һәм ачыкладылар (HIF-1). Бүген без эритропоиетин яки EPO, могҗиза молекуласы булган өйрәнүнең башлангычына кире кайтасыбыз килә.
Бу кызыл кан күзәнәкләрен җитештерүдә иң мөһим фактор
Кызыл кан күзәнәкләре - кандагы күзәнәкләрнең иң күп төре, һәм умырткалылар каны аша кислород һәм углерод газын ташуның төп чарасы. Эритроцитлар сөяк чылбырында барлыкка килә: Гематопоиетик тамыр клеткалары башта таралалар һәм төрле кан күзәнәкләренең токымнарына аерылалар, һәм эритроид токымнары эритроцитларга тагын да аерылып, җитлеккән булырга мөмкин. Нормаль шартларда кеше эритроцитлары җитештерү дәрәҗәсе бик түбән, ләкин кан китү, гемолиз һәм гипоксия кебек стресс астында эритроцит җитештерү темплары сигез тапкыр артырга мөмкин. Бу процесста эритропоиетин EPO иң мөһим факторларның берсе.
EPO - бөердә синтезланган гормон. Аның химик табигате - бик гликозилатланган протеин. Нигә бөерләрдә? Бөерләр аша минут саен бер литр кан агалар, шуңа күрә алар кандагы кислород дәрәҗәсенең үзгәрүен тиз һәм нәтиҗәле ачыклый алалар. Кандагы кислород дәрәҗәсе түбән булганда, бөерләр тиз җавап бирә һәм күп күләмдә EPO чыгара. Соңгысы кан аша сөяк чылбырына әйләнә, анда ул эритроид токым күзәнәкләренең кызыл кан күзәнәкләренә әверелүенә ярдәм итә. Redитлеккән кызыл кан күзәнәкләре сөяк чылбырыннан кан әйләнеш системасына чыгарыла, организмның кислород белән бәйләнешен яхшырту өчен. Бөерләр кандагы кислородның артуын сизгәч, алар EPO җитештерүне киметәләр, бу үз чиратында сөяк чылбырындагы кызыл кан күзәнәкләренең күләмен киметә.
Бу бик яхшы көйләү әйләнәсе ясый. Ләкин, биек биеклектә яшәүче кешеләр һәм кайбер анемия авырулары еш кына кан кислородының өзлексез түбән торышына очрыйлар, бу югарыдагы әйләнешне тәмамлый алмый һәм бөерне EPOны өзлексез яшерергә этәрә, кан EPO концентрациясе гади кешеләргә караганда югарырак.
Аны ачу өчен 80 елга якын вакыт кирәк булды
Күпчелек зур ачышлар кебек, галимнәрнең EPO турында аңлавы шома җилкәнле булмады, юлда сораулар һәм проблемалар бар. EPO төшенчәсеннән конкрет молекуланы соңгы билгеләүгә кадәр 80 елга якын вакыт кирәк булды.
1906-нчы елда Франция галимнәре Карнот һәм Дефландр гадәти куяннарны анемик куяннар зарарына укол салдылар һәм гадәти куяннар плазмасында кызыл кан күзәнәкләренең саны артуын ачыкладылар. Алар плазмадагы кайбер юмористик факторлар кызыл кан күзәнәкләрен җитештерүне стимуллаштыра һәм көйли ала дип саныйлар. Бу беренче EPO концепциясе прототибы иде. Кызганычка каршы, нәтиҗәләр киләсе дистәләрдә кабатланмады, нигездә яңа кызыл кан күзәнәкләрен санау төгәл булмаганга.
1950 елда Рейсман һәм Рухенстрот-Бауэрның парабиоз эксперименты чыннан да көчле дәлилләр китерде. Алар ике тере тычканның кан әйләнеше системасын бәйләделәр, берсен гипоксик мохиткә урнаштырдылар, икенчесе гадәти һава сулышын алдылар. Нәтиҗәдә, ике тычкан да зур күләмдә кызыл кан күзәнәкләре җитештерделәр. Redичшиксез, канда кызыл кан күзәнәкләре җитештерүне стимуллаштыручы гормон бар, аннан EPO аның исемен ала. Икенче яктан, EPO гипоксиягә бик сизгер.
EPO нинди молекула? Американ галиме Голдвассерга проблеманы биохимик дәрәҗәдә ачыклау өчен 30 ел кирәк булды. Әгәр дә эшче яхшы эш башкарырга теләсә, ул башта коралларын кискенләштерергә тиеш. EPO функциясе - яңа кызыл кан күзәнәкләрен стимуллаштыру, ләкинсоңгысын санау төгәл түгел. Кызыл кан күзәнәкләрендә иң мөһим функциональ молекула - гемоглобин, аның үзәгендә кара ион булган гемоглобин. Шулай итеп, Goldwasser командасы яңа туган кызыл кан күзәнәкләрен радиоактив тимер изотоплары дип атады һәм EPO эшчәнлеген ачыклау өчен сизгер ысул уйлап тапты. Бу EPO концентрацияләрен (миллилитрга нанограмма) хайваннар сыеклыгы үрнәкләреннән аерырга һәм чистартырга мөмкинлек бирә. Ләкин EPOны изоляцияләү бик авыр иде. Алар бөердән анемик сарык плазмасына, кальян корты инфекциясе аркасында каты тимер җитешсезлеге булган пациентларның сидесенә күчтеләр, һәм, ниһаять, 1977 елда, 8 миллилограмм кеше EPO протеинын 2550 литр сидектән апластик анемия белән чистарттылар.
1985-нче елда протеин эзләү һәм кеше EPO-ны ген клонлау тәмамланды. EPO ген полипептидны 193 амино калдыклары белән кодлый, ул сигнализация вакытында сигнал пептиды киселгәннән соң 166 аминокислота калдыкларыннан торган җитлеккән протеинга әйләнә, һәм гликозиляция модификациясе өчен 4 мәйданны үз эченә ала. 1998-нче елда EPO-ның NMR чишелеш структурасы һәм EPO-ның кристалл структурасы һәм аның рецепторлар комплексы анализланды. Бу вакытта кешеләр EPO турында иң интуитив аңлыйлар.
Әлегә кадәр анемияне дәвалау, гадәттә, кызыл кан күзәнәкләренең җитешмәвен тулыландыру өчен кан җибәрүне таләп итә. Кешеләр EPO турында күбрәк белгән саен, үз сөяк чылбырында кызыл кан күзәнәкләрен җитештерүне стимуллаштыру өчен инъекцияләү проблеманы җиңеләйтте. Ләкин EPOны тән сыеклыкларыннан чистарту, Goldwasser кебек, авыр һәм уңыш аз. EPO белок һәм ген эзлеклелеген билгеләү кеше рекомбинанты EPOны күп күләмдә җитештерергә мөмкинлек бирде.
Аны гамәли молекуляр генетика (Amgen) дип аталган биотехнология компаниясе эшләде. Амген 1980-нче елда җиде әгъза белән оешкан, молекуляр биологиянең ул вакытта барлыкка килгән техникасы белән биофармацевтика ясарга өметләнгән. Интерферон, үсеш гормонын чыгаручы фактор, В гепатиты вакцинасы, эпидермаль үсеш факторы аларның максатлары исемлегендә кайнар исемнәр арасында иде, ләкин бу омтылышларның берсе дә уңышлы булмады. 1985 елга кадәр, Кытай Тайваньдан килгән Кытай галиме Лин Фукун кеше EPO генын клонлаштырды, аннары ДНК рекомбинация технологиясе ярдәмендә синтетик EPO җитештерүне тормышка ашырды.
Рекомбинант кеше EPO эндоген EPO протеины белән бер үк эзлеклелектә, һәм шулай ук гликозиляция модификациясенә ия. Табигый, рекомбинант кеше EPO шулай ук эндоген EPO эшчәнлегенә ия. 1989 елның июнендә Амгенның беренче продукты, рекомбинант кеше эритропоиетин Эпоген, АКШ FDA тарафыннан хроник бөер җитешсезлеге һәм ВИЧ-инфекцияне дәвалауда анемия белән дәвалану өчен расланган. Эпоген сату өч ай эчендә 16 миллион доллардан артты. Киләсе ике дистә ел эчендә Амген кеше EPO җыелган базарда өстенлек итте. Эпоген Амгенга 2010-нчы елда гына 2,5 миллиард доллар керем китерде. 2018-нче елда Amgen фонд базарының бәясе 128,8 миллиард доллар тәшкил итте, һәм ул дөньяда сигезенче зур фармацевтика компаниясе булды.
Әйтергә кирәк, Амген башта Goldwasser белән чистартылган кеше EPO белгечләрен эзләү өчен эшләде, ләкин Goldwasser һәм Amgen тиздән идеологик аермалар аркасында төштеләр. Голдвассер һәм аның Чикаго Университеты, төп тикшеренүләр ясаганнар, ул ачкан гормонны патентларга уйламаганнар, һәм EPOның зур коммерция уңышлары өчен бер тиен дә алмаганнар.
Бу - ничек стимулант
Без сулаганда, кислород күзәнәкләр митохондриясенә керә, сулыш чылбырын йөртә һәм организмдагы төп энергия чыганагы булган күп санлы АТП җитештерә. Анемик кешеләрдә кызыл кан күзәнәкләре җитми, һәм иң тиз эффект - алар кислородны җитәрлек кабул итмиләр, бу аларны арыганга китерә, озак вакыт сулыш алу проблемаларына охшаган. Рекомбинант кеше EPO белән инъекцияләнгәндә, анемия авырулары организмнары күбрәк кызыл кан күзәнәкләрен чыгара,күбрәк кислород йөртегез, һәм симптомнарны җиңеләйтеп, ATP энергия молекуласын күбрәк җитештерегез.
Шулай да, кайбер спорт эшчеләре рекомбинант кеше EPO турында уйлый башладылар. Әгәр дә EPO тибындагы ясалма рекомбинант гормоны спортчыларның организмын күбрәк кызыл кан күзәнәкләре чыгару өчен кулланса, спортчыларның кислород алу һәм энергия молекулалары җитештерү сәләтен яхшыртырга мөмкин, бу шулай ук спортчыларның чыдамлылык күрсәткечләрен яхшырта ала. велосипед, ерак арада йөгерү һәм чаңгы шуу кебек вакыйгалар. Гамәли физиология журналында 1980-нче елда язылган кәгазьдә кан стимуляторлары (эритропоиетин, ясалма кислород йөртүчеләр һәм кан җибәрү) чыдамлылыкны 34 процентка арттырырга мөмкинлеге күрсәтелде. Әгәр спортчылар EPO куллансалар, алар җәяүле трассада 8 километр йөгерә алалар, элеккегә караганда 44 секундка азрак вакыт. Чынлыкта, велосипед һәм марафон EPO стимуляторлары өчен иң начар хокук бозучылар булды. 1998 тур де Франция вакытында, Фестина командасы өчен Испания командасы табибы Франция чигендә 400 шешә ясалма рекомбинант EPO белән кулга алына! Нәтиҗә, әлбәттә, бөтен команда Турдан чыгарылды һәм тыелды.
Халыкара Олимпия Комитеты 1992-нче елда Барселона уеннарында тыелган исемлеккә EPO-ны өстәде, ләкин кеше EPO тестын үзгәртеп кору шулкадәр авыр иде ки, 2000-нче елгы Уеннар алдыннан спортчыларның аны кулланган-кулланмавын ачыклау мөмкинлеге юк иде. Берничә сәбәп бар: 1) тәндәге сыеклыкларда EPO эчтәлеге бик түбән, һәм нормаль кешеләрдә бер мл канга EPO якынча 130-230 нанограмм; 2) Ясалма рекомбинант EPOның аминокислота составы кеше эндоген EPO протеины белән бер үк, гликозиляция формасы гына бераз аерылып тора; 3) Кандагы EPOның ярты гомере 5-6 сәгать, һәм соңгы инъекциядән соң 4-7 көннән соң аны ачыклап булмый; 4) Индивидуаль EPO дәрәҗәсе бик төрле, шуңа күрә абсолют сан стандартын булдыру кыен.
2000 елдан башлап, WADA сидек тестын рекомбинант EPOны турыдан-туры ачыклау өчен бердәнбер фәнни тикшерү ысулы итеп куллана. Ясалма рекомбинант EPO белән кеше EPO формасындагы аз гына аермалар аркасында, ике молекуланың корылма үзлекләре бик кечкенә һәм изоэлектрик фокус дип аталган электрофорез ысулы белән аерылып тора ала, бу төп стратегия. ясалма рекомбинант EPOны турыдан-туры ачыклау. Ләкин, кешедән алынган күзәнәкләр белән белдерелгән кайбер рекомбинант EPO гликозиляциядә бернинди аерма күрсәтмәде, шуңа күрә кайбер белгечләр экзоген EPO һәм эндоген EPO төрле углерод изотопы белән аерылып торырга тәкъдим иттеләр.
Чынлыкта, EPO өчен төрле сынау ысулларында чикләүләр бар. Мәсәлән, Америка велосипед легендасы Лэнс Армстронг үзенең җиде тур де Франция җиңүе вакытында EPO һәм башка стимуляторлар алганын таныды, ләкин ул вакытта допинг тестында EPO өчен уңай булуы расланмады. Без әле "бер аяк югарырак" яки "бер аяк югарырак" булуын көтәргә тиеш.
Нобель премиясен ничек ясый
EPO белән 2019 физиология яки медицина өлкәсендә Нобель премиясе арасындагы бәйләнеш турында соңгы сүз.
EPO - кеше организмын кабул итү һәм гипоксиягә реакциянең иң типик очрагы. Шуңа күрә, Собенза һәм Ратклиф, ике Нобель премиясе лауреаты, EPOны күзәнәк сизү һәм гипоксиягә адаптация механизмын өйрәнү өчен башлангыч нокта итеп сайладылар. Беренче адым - кислород үзгәрүләренә җавап бирә алган EPO ген элементларын табу. Семенза гипоксиягә җавап элементы дип аталган EPO ген кодлауның 3 'аскы очында 256-төп кодсыз эзлеклелекне ачыклады. Әгәр дә бу элемент эзлеклелеге мутацияләнсә яки бетерелсә, EPO белокының гипоксиягә җавап бирү сәләте бик кими. Әгәр дә бу элемент эзлеклелеге гипоксия белән бәйле булмаган башка геннарның аскы агымына кушылса, бу үзгәртелгән геннар EPO шикелле активлашуны да күрсәтәләр.гипоксия шартларында.
Аннары Ратклиф һәм аның командасы бу гипоксик җавап элементының бөер яки бавыр күзәнәкләрендә EPO җитештерү өчен генә түгел, ә гипоксик шартларда эшли алырлык башка күзәнәк төрләрендә дә барлыгын ачыкладылар. Башкача әйткәндә, гипоксиягә бу җавап EPO өчен түгел, ә күзәнәкләрдә киң таралган күренеш. EPO җитештерү өчен җаваплы булмаган бу бүтән күзәнәкләрдә молекулалар булырга тиеш (мәсәлән, ген экспрессиясен кабызу өчен җаваплы транскрипция факторлары), алар кислород концентрациясенең үзгәрүен сизәләр һәм EPO кебек геннарны кабызу өчен гипоксик җавап элементларына бәйләнәләр.
