جایزه نوبل پزشکی 2019 به چه کسانی رسید؟

جایزه نوبل پزشکی سال 2019 به طور مشترک به "ویلیام جی کالین جونیور"، "پیتر جی راتکلیف" و "گرگ ال‌ سمنزا" به خاطر دستاورد آنها در مورد چگونگی سازگاری سلول‌ها با اکسیژن موجود تعلق گرفت.

اکسیژن با فرمول O۲ تقریباً یک پنجم جو زمین را تشکیل می دهد. اکسیژن برای حیات حیوانات ضروری است. میتوکندری از اکسیژن موجود در سلول‌های حیوانی برای تبدیل مواد غذایی به انرژی استفاده می‌کند.

"اتو واربرگ"(Otto Warburg) برنده جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی سال ۱۹۳۱ گفته بود که این تبدیل یک فرایند آنزیمی است.

در طی تکامل، مکانیسم هایی برای اطمینان از تأمین کافی اکسیژن به بافت ها و سلول‌ها ایجاد شده است. جسم سباتی، مجاور عروق بزرگ خونی در هر دو طرف گردن، دارای سلول‌های تخصصی است که میزان اکسیژن خون را حس می کنند.

جسم سباتی(Carotid body) یک دسته کوچک از حسگرهای شیمیایی و سلول‌های پشتیبان است که نزدیک انشعاب سرخرگ سبات داخلی و سرخرگ سبات بیرونی(که در راستای حلق امتداد دارد) جای گرفته‌است. جسم سباتی تغییرات در ترکیب خون داخل سرخرگ را حس می‌کند. این تغییرات اعم از فشار نسبی اکسیژن داخل خون سرخرگی و همچنین میزان کربن دی‌اکسید و البته پی‌اچ و دما هستند.

جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی در سال ۱۹۳۸ به "کورنیل هیمانز"(Corneille Heymans) اعطا شد زیرا وی توضیح داد که چگونه سنجش اکسیژن خون با کمک جسم سباتی و ارتباط مستقیم با مغز، میزان تنفس بدن را کنترل می‌کند.

علاوه بر سازگاری سریع کنترل شده جسم سباتی با سطح اکسیژن کم(هیپوکسی)، سازگاری‌های فیزیولوژیکی اساسی دیگری نیز وجود دارد. یک پاسخ فیزیولوژیکی کلیدی به هیپوکسی افزایش سطح هورمون اریتروپوئیتین(EPO) است که منجر به افزایش تولید گلبول‌های قرمز(اریتروپوئیزیس) می‌شود. اریتروپوئیتین(به انگلیسی: Erythropoietin) یک فاکتور رشد گلیکوپروتئینی است که به تولید تعداد بیشتری از گلبول‌های قرمز خون کمک می‌کند. این ماده یک سیتوکین است که نوعی عامل خون‌ساز می‌باشد. اریتروپوئیتین در کلیه و کبد و در اثر هیپوکسی بافتی ساخته می‌شود.

 اهمیت کنترل هورمونی اریتروپوئزیس در ابتدای قرن بیستم مشخص بود، اما اینکه چگونه این فرآیند توسط اکسیژن کنترل می‌شود یک معما بود.

اکنون "گرگ ال‌ سمنزا" یکی از برندگان نوبل پزشکی امسال ژن اریتروپویتین و نحوه تنظیم آن با تغییر میزان اکسیژن را مورد بررسی قرار داد.

وی با آزمایش بر روی موش‌های اصلاح شده و بخش‌های اختصاصی دی.ان.ای واقع در کنار ژن اریتروپویتین نشان داد که آنها واسطه پاسخ به هیپوکسی هستند.

"سر پیتر جی راتکلیف" نیز تنظیم مقادیر وابسته به اکسیژن ژن اریتروپویتین را مورد مطالعه قرار داد و هر دو گروه تحقیقاتی دریافتند که مکانیسم سنجش اکسیژن تقریباً در تمام بافت‌ها وجود دارد و این تنها مختص سلول‌های کلیوی که معمولاً در آنها اریتروپویتین تولید می‌شود، نیست.

این یافته‌ها مهم نشان می‌دهد که مکانیسم در بسیاری از انواع سلول‌های مختلف مکانیسم کلی و عملکردی دارد.

هدف سمنزا این بود که اجزای سلولی را که واسطه این پاسخ هستند شناسایی کنند. در سلولهای کبدی کشت شده در آزمایشگاه، او یک مجموعه پروتئینی را کشف کرد که به روش وابسته به اکسیژن به قسمت دی.ان.ای شناسایی شده متصل می‌شدند. وی این مجموعه را عامل القایی هیپوکسی(HIF) نامید. تلاش‌های گسترده‌ای برای تصفیه مجموعه HIF آغاز شد و در سال ۱۹۹۵ ، سمنزا توانست برخی از یافته‌های کلیدی خود از جمله شناسایی ژن‌های رمزگذاری شده HIF را منتشر کند.

مشخص شد که HIF از دو پروتئین متصل کننده به دی.ان.ای به نام "فاکتورهای رونوشتی" تشکیل شده است که اکنون HIF-۱α و ARNT نام دارند. هنگامی که سطح اکسیژن زیاد باشد، سلول‌ها حاوی HIF-۱α بسیار کمی هستند. با این حال، هنگامی که سطح اکسیژن کم است، مقدار HIF-۱α افزایش می‌یابد تا بتواند ژن اریتروپویتین و سایر ژن‌های دارای دی.ان.ای اتصال دهنده HIF را به آن متصل کنند و به این ترتیب آنها را تنظیم کند. اکنون محققان توانستند پس از سال‌ها این معما را حل کنند.