Nobelovka za fyziologii: Složitý tanec buněk a kyslíku

TLDR verze: Nobelovka za fyziologii nebo medicínu byla udělena za objasnění mechanismu, jakým buňky vnímají kyslík. Jednalo se o objev genů HIF, VHL a neobvyklého procesu jejich regulace, kde se na tyto proteiny připojuje „kyslík“ (ve formě hydroxylu). Oznámení zde

Gratuluji, právě dýcháte manuálně

Dýchání je proces, nad kterým se normálně ani nezamyslíte, pokud jste si nepřečetli podnadpis nad tímto odstavcem, a nebo právě nedofuněli do třetího patra. #OMGmusímzačítcvičit

Přitom dýchání a kyslík je něco, co provází vaše buňky miliardy let. Pravděpodobně to usnadnilo Kambrickou explozi, kdy se vyvinula většina známých tříd živočichů. „Vnímání kyslíku“ je tedy pro živočišné buňky něco tak základního, jako, ehm, dýchání.

Proces, kterým se to děje, ale vědcům unikal až někdy do devadesátých let a začátku tohoto tisíciletí. Není divu, složitý buněčný proces tohoto kalibru si musel počkat jak na technologii, tak na poznatky molekulární biologie, a v neposlední řadě také vědecké mozky. Objev základních kamenů buněčného vnímání kyslíku tak přinesl zaslouženou zlatou megaminci W.G. Kaelinovi, sirovi P. J. Ratcliffovi a G. L. Semenzovi.

Zhluboka se nadechněte…

… a představte si, že jsem jogínský guru a vím, jak má tahle věta pokračovat. Vzhledem k tomu, že jsem pouze agregátní inteligence, tak vám můžu nabídnout akorát tak popis toho, co se s kyslíkem ve vašem těle děje.

Abychom to moc nenatahovali, přejdeme fast forward přímo k buněčným dějům. Na všechno ostatní je tu osmdesátkový seriál. V buňkách je kyslík to, co pohání výrobu ATP, tedy buněčné energie. Uvádí se, že lidské tělo za den vyrobí tolik ATP, kolik samo váží, ale v každém okamžiku je v něm ATP přítomno pouze minimální množství! A ATP umožní buňce všechny ty zajímavé srandy, od metabolismu až po přenášení informace na buněčné úrovni, kontrakce svalů a signalizace neuronů.

Ovšem není-li kyslík, nebude ATP a brzo nebude ani buňka. Buňka, která musí šetřit s každou molekulou kyslíku se tak bude chovat jinak, než buňka, která ho má dostatek. (A ještě úplně jinak to má buňka, která musí čelit oxidačnímu stresu z NADBYTKU kyslíku. Ale to odbíhám, sorry.)

Buňky jsou tedy na úroveň kyslíku velmi citlivé z dobrého důvodu. A pokud ho z nějakého důvodu nemají optimum, mají víc způsobů, jak si ho obstarat, než kolumbijská mafie. (Třeba tím, že svého živočicha donutí se zadýchat.)

HIF HIF hurá!

Nejznámější hormon, který umožňuje tělu reagovat na nedostatek kyslíku je erythropoietin (EPO), který reguluje produkci červených krvinek. Lidé žijící ve vyšších nadmořských výškách mají červených krvinek více, což už je adaptace těla, jak vytřískat kyslík z řidšího vzduchu.

Ale erythropoietin jako takový je až důsledek – reakce. V první lajně je protein HIF, který donutí buňky EPO produkovat.

HIF je buňkami produkován neustále, za dostatku kyslíku však nemá dlouhého života. Okamžitě se na něj totiž přisosnou jiné proteiny, které jej označí k likvidaci. Dostane-li ale šanci, okamžitě zdiriguje buňku ledvin k produkci erythropoietinu, který zase zdiriguje zbytek těla. Propojení HIF s EPO Greggem Semenzou bylo klíčovým prvním krokem k odhalení celého mechanismu.

Bonzákem, který existenci HIF degradačním proteinům napráská, je pak protein VHL. VHL funguje jako „policista“, který zkontroluje, jestli u sebe HIF nezákonně nepřechovává molekuly kyslíku – signál toho, že v buňce je jich očividně dost. Pokud na sobě HIF žádný kyslík připojený nemá, VHL mu dá pokoj a HIF spustí geny, které se s nedostatkem kyslíku vypořádávají.

Objev „bonzáckého VHL“ pak náleží Williamu Kaelinovi a sirovi Ratcliffovi. Poslední jmenovaný pak ještě odhalil další proteiny, které kyslík v buňce vezmou a na HIF je připlácnou – a tím propojil celý proces od molekuly kyslíku po komplexní reakci celého těla, jako zvýšení počtu červených krvinek.



Lekce meditace? Reklama na fitko? So many possibilities!

Od atletiky po výzkum rakoviny

A pokud si myslíte, že na oxygen sensing budete odteď jenom nadávat po cestě do schodů, rád bych se teď pustil do epického úkolu nastínění, kde všude ještě hraje roli. Konečně, kyslík je schopný v buňce ovlivnit a spouštět až 300 genů.

Vnímání kyslíku má v živočichovi roli, ještě než je ten organismus kompletní. Během embryonálního vývoje má dostupnost kyslíku v různých částech zárodku vliv na samotný vznik prvních cév a placenty.

HIF je pak klíčový pro obnovení vaskulatury i později v životě a při mnohem méně příjemných procesech, například hojení zranění. Rakovinné buňky si pak umí HIF i „ochočit“ – a pomocí něj si k sobě „natáhnout kabeláž“ cév s výživou a kyslíkem.

Rakovina je samotná plná pestrých příkladů toho, jak je kyslík pro buňky důležitý. Uvnitř velkých nádorů je často nekrotický „mrtvý“ vnitřek – protože rakovina rostla příliš rychle a mimo dosah kyslíku z cév. Některé protirakovinné léky na trhu se pak snaží rakovinu od jejího přísunu kyslíku „odstřihnout“, a opět cílí na geny pod vlivem HIF.

A další léky jsou na cestě – třeba proti anémii. Blokování proteinů, které na HIF „připlácávají“ kyslík by mohlo povzbudit reakci těla na nedostatek kyslíku. Zatím to vypadá, že by si jich pár cestu klinickými testy mohlo proklestit.

Je jisté, že objev vnímání kyslíku buňkami otevřelo a ještě otevře dveře do netušených medicínských aplikací. Nakonec ale i porozumění jednomu z nejzákladnějších fyziologických procesů má svůj swag.

[TL]

Obrovský boom tento rok zaznamenal i tisk orgánů – Nobelovka za dalších 20 let? Nevím, ale můžete si o tom pustit moje video:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze