برندگان جایزه نوبل پزشکی 2019 معرفی شدند - وبلاگ کوجی هامی

به گزارش وبلاگ کوجی هامی به نقل از سایت نوبل، ویلیام جی کائلین جونیور، سر پیتر جی راتکلیف و گرگ ال اسمنزا پیروز شدند نوبل پزشکی 2019 را دریافت نمایند.

این دانشمندان برای اکتشافات خود درباره چگونگی فرایند احساس کردن و سازگاری سلول ها با میزان اکسیژن برنده این جایزه شدند.

قرن ها است که انسان اهمیت بنیادین اکسیژن را درک نموده است اما اینکه سلول ها چگونه خود را با تغییرات سطح اکسیژن وفق می دهند، ناشناخته بود. نوبل پزشکی سال جاری به تحقیقاتی ارائه شده که نشان دهنده مکانیسم مولکولی فرایند وفق دادن مولکول ها با سطوح مختلف ذخایر اکسیژن است. سنجش میزان اکسیژن اهمیت زیادی در علم پزشکی دارد و راستا را برای ایجاد استراتژی های مختلف در جهت مقابله با سرطان، نوعی کم خونی(آنمی)و بسیاری از بیماری های دیگر فراهم نموده است.

ویلیام جی کائلین جونیور استاد پزشکی دانشگاه هاوارد است. این دانشمند 61 ساله(متولد 1957 میلادی) در سال 2016 میلادی نیز برنده جایزه لاسکار اوارد شده بود.

سرپیتر جی راتکلیف یک پزشک انگلیسی 65 ساله و دانشمند بیولوژی مولکولی است که درباره واکنش های سلولی به کمبود اکسیژن تحقیقاتی انجام داده است.

گرگ ال سمنزا متولد آمریکا و 63 ساله است. او استاد آنکولوژی در دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز است. او همچنین مدیر پروژه عروق در انستیتو مهندسی سلول ها است.

چرا تحقیق برندگان نوبل مهم است

حیوانات و انسان برای تبدیل غذا به انرژی به اکسیژن احتیاج دارند. اهمیت بنیادین اکسیژن قرن ها است که درک شده اما اینکه چگونه سلول ها خود را با سطوج مختلف اکسیژن وفق می دهند مدتها ناشناخته بوده است.

این دانشمندان در حقیقت فرایند مولکولی شناسایی نموده اند که فعالیت ژن ها در واکنش به سطوح مختلف اکسیژن را تنظیم می نماید. اکتشافات نوین برندگان جایزه نوبل پزشکی سال جاری در حقیقت مکانیسم یکی از حیاتی ترین فرایندهای سازگاری حیات را نشان می دهد.

آنها مبنایی برای درک انسان از چگونگی تاثیرگذاری میزان اکسیژن بر متابولیسم سلولی و فعالیت های فیزیولوژیکی را نشان می دهند. این اکتشافات همچنین به کشف استراتژی هایی برای مقابله با کم خونی، سرطان و بیماری های دیگر منجر می گردد.

اهمیت اکسیژن

اکسیژن با فرمول O2 یک پنجم اتمسفر زمین را تشکیل می دهد. این ماده برای حیات حیوانات و انسان ها ضروری است و به طور معلول میتوکندریایی سلولی موجودات زنده با یاری آن غذا را به انرژی تبدیل می نماید. اوتو واربروگ برنده نوبل پزشکی در سال 1931 میلادی این واکنش را در فرایندهای آنزیمی کشف کرد. طی تکامل، مکانیسم هایی به وجود آمدند تا وجود ذخیره کافی اکسیژن برای بافت ها و سلول ها را تضمین نمایند. رگ کاروتید که در مجاورت رگ های خونی بزرگ در دو سمت گردن است سلول های خاصی در خود دارد که میزان اکسیژن را می سنجند. کرنیل هیمنز برنده نوبل پزشکی 1928 میلادی نشان داد سنجش میزان اکسیژن خون از طریق کاروتید ،نرخ تنفس انسان را کنترل می نماید و تحقیقات تاثیرگذار سه دانشمند نوبل از دهه 1990 میلادی شروع شده است.

کشف HIF

علاوه بر سازگاری سریع و کنترل شده حیات با سطح اکسیژن کم(هیپوکسیا) از طریق بدنه کاروتید ، فرایندهای سازگاری فیزیولوژیکی اساسی دیگری نیز وجود دارد. یکی از واکنش های کلیدی فیزیولوژیکی نسبت به سطح اندک اکسیژن، افزایش سطح هورمون اریتروپویتین(EPO) است که به افزایش فراوری گلبول های قرمز خون منجر می گردد. اهمیت کنترل هورمونی اریتروپویتین در اوایل قرن بیستم معین شد. اما فرایند آن ناشناخته بود.

گرگ سمنزا ژن EPO و فرایند تنظیم آن براساس میزان مختلف اکسیژن را مطالعه کرد. او در تحقیقات خود از موش های مهندسی ژنتیک شده استفاده کرد تا بخش خاصی از دی ان ای را شناسایی کند که نزدیک ژن EPOقرار گرفته است و به طور غیر مستقیم نسبت به هیپوکسیا واکنش نشان می دهد.

پیتر راتکلیف نیز درباره تنظیمات وابسته o2 در ژن EPO مطالعاتی انجام داد. هر دو گروه تحقیقاتی متوجه شدند مکانیسم سنجش اکسیژن نه فقط در سلول های کلیه بلکه در تمام بافت های بدن وجود دارد.

این اکتشافات مهم نشان می دهند مکانیسم مربوط به سنجش اکسیژن کلی است و در انواع مختلف سلول انجام می گردد.

سمنزا تمایل داشت تا اجزای سلولی این فرایند را شناسایی کند. او با کشت سلول های کبد در آزمایشگاه مجموعه پروتئین هایی کشف کرد که به روشی وابسته به اکسیژن با بخشهای معین شده در دی ان ای پیوند برقرار می کردند. او این مجموعه را عامل القایی هیپوکسیا(HIF) نامید.

کوشش های گسترده ای برای تصفیه مجموعه HIF شروع شد و در سال 1995 ، سمنزا توانست بعضی از یافته های کلیدی خود از جمله شناسایی ژن های رمزگذاری شده HIF را منتشر کند. تحقیقات نشان داد HIF از دو پروتئین متصل نماینده به DNA ، به اصطلاح فاکتورهای رونوشتی تشکیل شده است که اکنون به نام های HIF-1α و ARNT شناخته می شوند. اکنون محققان می توانند این معما را حل نمایند. این پژوهش به محققان یاری کرد تا مولفه های دیگر این فرایند را درک و شیوه عملکرد آنها را درک نمایند.

VHL یک کشف غیر منتظره

هنگامی که سطح اکسیژن زیاد باشد، سلول ها حاوی HIF-1α بسیار کم هستند. با این حال ، هنگامی که سطح اکسیژن کم است ، مقدار HIF-1α افزایش می یابد به طوری که می تواند به ژن متصل گردد و بنابراین ژن EPO و سایر ژنهای دارای بخش DNA اتصال دهنده HIF را تنظیم کند.

پژوهش های چند گروه تحقیقاتی نشان داد HIF-1α ، که در وضعیت عادی به سرعت عادی تخریب می گردد ، در حالت هیپوکسیا مصنونیت دارد و تخریب نمی گردد.

هنگامیکه سطح اکسیژن طبیعی است، یک دستگاه سلولی به نام پروتئازوم ، HIF-1α را تخریب می نماید. در چنین شرایطی یک پپتید کوچک، یوبیکویتین ، به پروتئین HIF-1α اضافه می گردد. یوبی کوئیتین به عنوان برچسب پروتئین های معین شده برای تخریب در پروتئازوم عمل می نماید. چگونگی اتصال یوبی کوئیتین به HIF-1α به روش وابسته به اکسیژن همچنان نامعین بود.

پاسخ به این سوال به طور غیر منتظره کشف شد. تقریباً همزمان با تحقیقات سمنزا و راتکلیف برای آنالیز تنظیم ژن EPO ، ویلیام کائلین جونیور ، پژوهشگر سرطان مشغول پژوهش درباره سندرم ارثی به نام فون هیپل-لیندا (بیماری VHL) بود. این بیماری ژنتیکی در خانواده هایی با جهش های ارثی VHL ،خطر ابتلا به بعضی سرطان ها را افزایش می دهد.

کائلین نشان داد که ژن VHL پروتئینی را رمزگذاری کرد که از بروز سرطان جلوگیری می نماید. همچنین تحقیقات او نشان داد سلولهای سرطانی فاقد ژن VHL دارای سطح غیر طبیعی ژن های تنظیم نماینده هیپوکسیا هستند . اما هنگامیکه ژن VHL دوباره در مجاورت سلولهای سرطانی نهاده شد ، سطح طبیعی ژن های مذکور احیا شد.

این یک سرنخ مهم بود که نشان می داد VHL به نوعی در کنترل پاسخ ها به هیپوکسیا دخیل بوده است. تحقیقات دیگر سرنخ هایی را فاش کرد که نشان می دادند VHL بخشی از یک مجموعه است که پروتئین ها را با یوبی کویتین برچسب گذاری می نمایند.

سپس راتکلیف و گروه تحقیقاتی اش به کشفی کلیدی دست یافتند. آنها متوجه شدند VHL می تواند از لحاظ جسمی با HIF-1α ارتباط برقرار کند و برای تخریب آن در سطح اکسیژن طبیعی ضروری است. این امر به طور قطعی VHL را به HIF-1α مرتبط کرد.

به این ترتیب بسیاری از تکه های پازل در جای خود نهاده شدند. اما هنوز دانشمندان نمی دانستند سطح O2 چگونه واکنش بین VHL و HIF-1α را تنظیم می نماید. تحقیقات متمرکز بر بخش خاصی از پروتئین HIF-1α بود که برای تخریب وابسته به VHL اهمیت زیادی داشت. کائلین و راتکلیف هر دو معتقدند کلید سنجش O2 در این دامنه پروتئین قرار گرفته است.

در سال 2001 ،این دو پژوهشگر به طور همزمان مقالاتی منتشر کردند که نشان می داد در شرایطی که سطح اکسیژن نرمال است، گروه های هیدروکسیل در دو موقعیت خاص به HIF-1α اضافه می شوند.

این اصلاح پروتئینی بنام هیدروکسیلاسیون پرولیل ، سبب می گردد VHL به طور کامل HIF-1α را تشخیص دهد و به آن متصل گردد. بنابراین فرایند مذکور نشان می دهد چگونه سطح اکسیژن طبیعی فرایند تخریب سریع HIF-1α را با یاری آنزیمهای حساس به اکسیژن (به اصطلاح پرولیل هیدروکسیلاز) کنترل می نماید. تحقیقات بیشتر راتکلیف و دیگران نشان داد پرولید هیدروکسیلاز مسئول این فرایند است. همچنین این پژوهش ها نشان داد عملکرد فعال نماینده ژن HIF-1α با هیدروکسیلاسیون وابسته به اکسیژن تنظیم می گردد. بنابراین برندگان جایزه نوبل 2019 توانسته بودند مکانیسم سنجش اکسیژن را شرح و نحوه عملکرد آن را نشان دهند.

به گزارش وبلاگ کوجی هامی، جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی هر ساله توسط انستیتوی کارولینسکا سوئد به دانشمندان و پزشکان در زمینه های مختلف فیزیولوژی یا پزشکی اعطا می گردد.

این جایزه یکی از پنج جایزهٔ نوبل است که بنا بر وصیت نامه سال 1895 آلفرد نوبل برای مشارکتهای برجسته در زمینه های فیزیک، شیمی، ادبیات، اقتصاد، صلح و فیزیولوژی یا پزشکی اهدا می گردد.

بر اساس وصیت نوبل این جایزه توسط بنیاد نوبل اداره می گردد و توسط کمیته ای متشکل از پنج عضو منتخب آموزشگاه علوم سلطنتی سوئد و یک دبیر اجرایی که توسط مؤسسه کارولینسکا انتخاب می گردد به برندگان اعطا می گردد. این جایزه هر سال در تاریخ 10 دسامبر که مصادف با سالگرد درگذشت آلفرد نوبل است در استکهلم به برندگان اهدا می گردد. این جایزه اگرچه معمولاً به عنوان جایزهٔ نوبل پزشکی شناخته می گردد اما آلفرد نوبل به طور خاص در وصیت نامه خویش اظهار داشته که این جایزه به فیزیولوژی یا دارو اهدا گردد. به همین دلیل، این جایزه می تواند در طیف وسیعی از زمینه ها اهدا گردد.

اولین جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی در سال 1901 به امیل آدولف فون برینگ، از آلمان اهدا شد.

جایزه نوبل پزشکی سال 2018 به طور مشترک به جیمز پی. آلیسون ایمنی شناس آمریکایی و تاسوکو هونجو ایمنی شناس ژاپنی به خاطر کوشش در راه توسعه درمانی برای سرطان تعلق گرفت.