W 2019 roku Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny została przyznana trzem wybitnym naukowcom: Peterowi J. Ratcliffe’owi (University of Oxford), Williamowi G. Kaelinowi Jr. (Harvard University) oraz Greggowi L. Semenzie (Johns Hopkins University). Ich odkrycia ujawniły, jak komórki rozpoznają zmiany w dostępności tlenu i jak adaptują się do warunków hipoksji — czyli niedotlenienia.
Laureaci zidentyfikowali molekularny mechanizm, który reguluje aktywność genów w odpowiedzi na poziom tlenu w otoczeniu. Kluczowym elementem tego procesu okazał się czynnik transkrypcyjny HIF-1α (Hypoxia-Inducible Factor 1-alpha), który w warunkach niedotlenienia aktywuje ekspresję genów odpowiedzialnych m.in. za angiogenezę, erytropoezę, metabolizm glukozy i adaptację mitochondrialną.
Znaczenie naukowe
Mechanizm wykrywania tlenu przez komórki nie tylko tłumaczy podstawowe procesy fizjologiczne — takie jak tworzenie naczyń krwionośnych czy produkcja czerwonych krwinek — ale także otwiera nowe ścieżki terapeutyczne w leczeniu chorób, w których hipoksja odgrywa kluczową rolę:
- Onkologia: guzy nowotworowe rozwijają się w środowisku hipoksycznym, co sprzyja angiogenezie i oporności na leczenie.
- Kardiologia: niedokrwienie mięśnia sercowego wymaga stymulacji angiogenezy — procesu zależnego od HIF.
- Pulmonologia: POChP i astma wiążą się z przewlekłą hipoksją i zaburzeniami adaptacyjnymi.
- Medycyna sportowa i rehabilitacja: treningi hipoksyczne wykorzystują fizjologiczne reakcje na niedotlenienie w celu poprawy wydolności i regeneracji.
Kliniczne zastosowania szlaku HIF
Obecnie intensywne badania koncentrują się na lekach modulujących aktywność HIF — zarówno jako stymulatorów (np. w leczeniu anemii), jak i inhibitorów (np. w terapii nowotworów). Przykładem są doustne stabilizatory HIF stosowane w leczeniu niedokrwistości u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek.
Komentarze ekspertów
„Piękno tej Nagrody Nobla polega na tym, że dotyczy nauk podstawowych, które mają bezpośrednie przełożenie na praktykę kliniczną. Jako kardiolog zwracam uwagę na angiogenezę — kluczową w niedokrwieniu serca. Ale dla onkologa to proces, który trzeba hamować, bo sprzyja rozwojowi guza.”
— prof. dr hab. n. med. Krzysztof J. Filipiak, Warszawski Uniwersytet Medyczny
„To odkrycie zmieniło nasze rozumienie tego, jak komórki reagują na stres środowiskowy. Szlak HIF to nie tylko biologia tlenu — to brama do terapii nowotworów, chorób serca, a nawet strategii treningowych.”
— dr Olga Dupuy, neurofizjolog, Université Côte d’Azur
„Mechanizm HIF to jeden z najważniejszych szlaków sygnalizacyjnych w biologii człowieka. Jego regulacja to przyszłość terapii personalizowanej.”
— prof. Gregg L. Semenza, laureat Nagrody Nobla
Literatura
- Kaelin W.G. Jr., Ratcliffe P.J., Semenza G.L. (2019). Nobel Prize in Physiology or Medicine 2019. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2019/summary/
- Semenza G.L. (2012). Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell 148(3): 399–408. DOI: 10.1016/j.cell.2012.01.021
- Ratcliffe P.J. (2007). Oxygen sensing and hypoxia signalling pathways in animals: the implications of physiology for cancer and other diseases. Annals of the New York Academy of Sciences 1177: 5–14. DOI: 10.1111/j.1749-6632.2009.05007.x
- Kaelin W.G. Jr. (2005). Proline hydroxylation and gene expression. Annual Review of Biochemistry 74: 115–128. DOI: 10.1146/annurev.biochem.74.082803.133142
Linki powiązane
