Déi dräi Gewënner vum 2019 Nobelpräis an der Physiologie oder Medezin, William G. Kaelin, Jr., Gregg L. Semenza a Sir Peter J. Ratcliffe hu schonn den 2016 Lasker Präis an der Basismedizin gewonnen fir hir Aarbecht iwwer wéi d'Zellen sënn an adaptéieren zu Hypoxie, also war et net besonnesch iwwerraschend. Si hunn de Schlësselmolekül Hypoxie-inducible Faktor 1 (HIF-1) entdeckt an identifizéiert. Haut wëlle mir zréck op d'Origine vun der Studie, déi Erythropoietin ass, oder EPO, e Wonnermolekül.

Et ass dee wichtegste Faktor bei der Produktioun vu roude Bluttzellen

Rout Bluttzellen sinn déi reichst Aart vu Bluttzellen am Blutt, a sinn den Haaptmedium fir Sauerstoff a Kuelendioxid duerch d'Blutt vu Wirbeldéieren ze transportéieren. Erythrozyte ginn am Knueweess generéiert: Hämatopoietesch Stammzellen proliferéieren als éischt an differenzéieren sech an Progenitore vu verschiddene Bluttzellen, an erythroid Progenitore kënnen sech weider differenzéieren an an Erythrozyten reifen. Ënner normalen Bedéngungen ass mënschlech Erythrozyteproduktiounsquote ganz niddereg, awer ënner Stress wéi Blutungen, Hämolyse, an Hypoxie, kann den Taux vun der Erythrozyteproduktioun bis zu aacht Mol erhéicht ginn. An dësem Prozess ass Erythropoietin EPO ee vun de wichtegste Faktoren.

EPO ass en Hormon dat haaptsächlech an der Nier synthetiséiert gëtt. Seng chemesch Natur ass en héich glycosyléierte Protein. Firwat an den Nieren? Ongeféier e Liter Blutt fléisst all Minutt duerch d'Nier, sou datt se séier an effizient Ännerungen am Sauerstoffniveau am Blutt erkennen. Wann Sauerstoffniveauen am Blutt niddereg sinn, reagéieren d'Nieren séier a produzéieren grouss Quantitéiten vun EPO. Déi lescht zirkuléiert duerch de Bluttkrees an de Knochenmark, wou et d'Konversioun vun erythroid Progenitorzellen a rout Bluttzellen fördert. Mature roude Bluttzellen ginn aus dem Knueweess an den Zirkulatiounssystem fräigelooss fir d'Kapazitéit vum Kierper un Sauerstoff ze binden. Wann d'Nieren eng Erhéijung vum Sauerstoff am Blutt erkennen, reduzéieren se d'EPO-Produktioun, wat am Tour d'Quantitéit u roude Bluttzellen am Knueweess reduzéiert.

Dëst mécht eng perfekt Upassung Loop. Wéi och ëmmer, Leit, déi op héijer Héicht liewen an e puer Anämiepatienten begéinen dacks den Zoustand vu kontinuéierlech nidderegen Bluttsauerstoffniveau, wat déi uewe genannte Zirkulatioun net fäerdeg bréngt an d'Nier stimuléiere fir kontinuéierlech EPO ze secrete, sou datt d'Blutt EPO Konzentratioun méi héich ass wéi normal Leit.

Et huet bal 80 Joer gedauert fir et z'entdecken

Wéi vill grouss Entdeckungen, Wëssenschaftler Verständnis vun EPO war net glat Segelen, mat Froen an Erausfuerderunge laanscht de Wee. Et huet bal 80 Joer vum Konzept vum EPO bis zur definitiver Bestëmmung vum spezifesche Molekül gedauert.

Am Joer 1906 hunn d'franséisch Wëssenschaftler Carnot an Deflandre normal Huesen mam Serum vun anemesche Huesen injizéiert a festgestallt datt d'Zuel vu roude Bluttzellen am Plasma vun normalen Huesen eropgeet. Si hunn gegleeft datt e puer humoral Faktoren am Plasma d'Produktioun vu roude Bluttzellen stimuléieren a reguléieren kënnen. Dëst war den éischten EPO Konzept Prototyp. Leider sinn d'Resultater net an de spéider Joerzéngte replizéiert ginn, haaptsächlech well d'Zuel vun neie roude Bluttzellen net korrekt war.

Dem Reissmann a Ruhenstroth-Bauer säi Parabiose-Experiment am Joer 1950 huet wierklech staark Beweiser geliwwert. Si hunn d'Zirkulatiounssystemer vun zwee liewegen Ratten chirurgesch verbonnen, déi eng an engem hypoxeschen Ëmfeld placéieren an déi aner normal Loft otmen. Als Resultat hunn béid Mais massiv Quantitéite vu roude Bluttzellen produzéiert. Et gëtt keen Zweiwel datt et en Hormon am Blutt ass, deen d'Produktioun vu roude Bluttzellen stimuléiert, aus deem EPO säin Numm kritt. Op der anerer Säit ass EPO ganz empfindlech fir Hypoxie.

Wéi eng Molekül ass EPO? Et huet den amerikanesche Wëssenschaftler Goldwasser 30 Joer gedauert fir endlech de Problem um biochemesche Niveau ze klären. Wann en Aarbechter eng gutt Aarbecht maache wëll, muss hien als éischt seng Tools schärfen. D'Funktioun vun EPO ass nei rout Blutt Zellen ze stimuléieren, mäd'Zuel vun de leschten ass net korrekt. Déi wichtegst funktionell Molekül a roude Bluttzellen ass Hämoglobin enthalen Häm, deen e Ferro-Ion a sengem Zentrum enthält. Also huet dem Goldwasser säin Team Neigebuerene roude Bluttzellen mat radioaktiven Eisen Isotopen markéiert an eng sensibel Method entwéckelt fir EPO Aktivitéit z'entdecken. Dëst mécht et méiglech ganz niddereg Konzentratioune vun EPO (Nanogramm pro Milliliter) aus Déier Flëssegket Echantillon ze isoléieren an ze purifizéieren. Awer d'Isolatioun vum EPO war extrem schwéier. Si hu vun Nier op anemesch Schofplasma ëmgewandelt, op den Urin vu Patienten mat schwéierem Eisenmangel wéinst der Hookworm Infektioun, a schliisslech, am Joer 1977, gereinegt 8 Milligramm mënschlecht EPO Protein aus 2.550 Liter Urin vu japanesche Patienten mat aplastescher Anämie.

Am Joer 1985 gouf d'Protein-Sequenzéierung an d'Genklonen vu mënschlechen EPO ofgeschloss. D'EPO Gen codéiert e Polypeptid mat 193 Aminoreschter, wat e reife Protein gëtt deen aus 166 Aminosaierreschter besteet nodeems d'Signalpeptid während der Sekretioun ofgeschnidden ass, an enthält 4 Site fir Glykosyléierungsmodifikatioun. Am 1998 goufen d'NMR Léisungsstruktur vun EPO an d'Kristallstruktur vun EPO a sengem Rezeptorkomplex analyséiert. Zu dësem Zäitpunkt hunn d'Leit dat intuitivst Verständnis vun EPO.

Bis elo huet d'Behandlung fir Anämie normalerweis Blutttransfusiounen erfuerdert fir de Mangel u roude Bluttzellen opzefëllen. Wéi d'Leit méi iwwer EPO léieren, d'Injektioun fir d'Produktioun vu roude Bluttzellen an hirem eegene Knochenmark ze stimuléieren huet de Problem méi einfach gemaach. Awer d'EPO direkt vu Kierperflëssegkeeten ze purifizéieren, wéi Goldwasser gemaach huet, ass schwéier an d'Ausbezuele si niddereg. D'Determinatioun vum EPO Protein an der Gensequenz huet et méiglech gemaach rekombinant mënschlech EPO a grousse Quantitéiten ze produzéieren.

Et gouf vun enger Biotechnologiefirma mam Numm Applied Molecular Genetics (Amgen) gemaach. Amgen gouf am Joer 1980 mat nëmme siwe Memberen gegrënnt, an der Hoffnung Biopharmazeutika mat den deemools opkomende Techniken vun der Molekularebiologie ze maachen. Interferon, Wuesstem Hormon Verëffentlechung Faktor, Hepatitis B Impfung, Epidermal Wuesstem Faktor waren ënnert de waarm Nimm op hirer Lëscht vun Ziler, awer keng vun dësen Versich gelongen. Bis 1985 huet Lin Fukun, e chinesesche Wëssenschaftler aus Taiwan, China, d'Gen vum mënschlechen EPO gekloont, an dunn d'Produktioun vu syntheteschen EPO mat der DNA Rekombinatiounstechnologie realiséiert.

Rekombinant Mënsch EPO huet déiselwecht Sequenz wéi endogene EPO Protein, an huet och ähnlech Glykosyléierungsmodifikatioun. Natierlech huet rekombinant mënschlech EPO och d'Aktivitéit vun endogene EPO. Am Juni 1989 gouf dem Amgen säin éischte Produkt, rekombinant mënschlecht Erythropoietin Epogen, vun der US FDA guttgeheescht fir d'Behandlung vun Anämie verursaacht duerch chronesch Nierenausfall an Anämie bei der Behandlung vun HIV Infektioun. Epogen Verkaf huet $ 16 Milliounen an nëmmen dräi Méint eropgaang. An den nächsten zwee Joerzéngte dominéiert Amgen de Maart fir nei zesummegesate mënschlecht EPO. Epogen huet Amgen 2,5 Milliarden Dollar u Recetten eleng am Joer 2010 bruecht. Am 2018 war den Amgen Aktiemaartwäert $ 128,8 Milliarde, wouduerch et déi aachtgréisst pharmazeutesch Firma op der Welt ass.

Et ass derwäert ze notéieren datt Amgen ufanks mam Goldwasser geschafft huet fir gereinegt mënschlech EPO Proteine ​​​​fir d'Sequenzéierung ze liwweren, awer Goldwasser an Amgen gefall séier wéinst ideologeschen Differenzen. Goldwasser a seng Universitéit vu Chicago, déi Basisfuerschung gemaach huet, hunn ni geduecht fir den Hormon ze patentéieren deen hien entdeckt huet, an hunn also kee Penny fir den EPO säi grousse kommerziellen Erfolleg kritt.

Et - wéi ass et e Stimulant

Wa mir otmen, trëtt Sauerstoff an d'Mitochondrien vun den Zellen an d'Atmungskette ze féieren a massiv Quantitéiten un ATP ze produzéieren, d'Haaptquell vun Energie an eise Kierper. Anemesch Leit hunn net genuch gesond rout Bluttzellen, an den direktsten Effekt ass datt se net genuch Sauerstoff ophuelen, wat se midd fillt, ähnlech wéi Atmungsproblemer während enger laanger Siicht. Wann injizéiert mat rekombinantem mënschlechen EPO, produzéieren de Kierper vun Anämiepatienten méi rout Bluttzellen,méi Sauerstoff droen, a méi vun der Energiemolekül ATP produzéieren, effektiv d'Symptomer entlaaschten.

Wéi och ëmmer, e puer Sportsaarbechter hunn och ugefaang u rekombinant mënschlech EPO ze denken. Wann dat kënschtlecht rekombinant Hormon vum EPO Typ benotzt gëtt fir de Kierper vum Athleten ze stimuléieren fir méi rout Bluttzellen ze produzéieren, ass et méiglech d'Fäegkeet vun den Athleten ze verbesseren fir Sauerstoff ze kréien an Energiemoleküle ze produzéieren, wat och d'Performance vun den Athleten am Ausdauer verbesseren kann. Eventer wéi Vëlo, Langlaufen a Langlaufen. En 1980 Pabeier am Journal of Applied Physiology huet gewisen datt Bluttstimulanzer (erythropoietin, kënschtlech Sauerstoffdréier a Blutttransfusiounen) d'Ausdauer ëm 34 Prozent erhéijen. Wann Athleten den EPO benotzen, kënne si 8 Kilometer op der Laufbunn a 44 Sekonnen manner Zäit lafen wéi virdrun. Tatsächlech sinn de Vëlo a Marathonen déi schlëmmste Verbriecher fir EPO Stimulanten. Während dem Tour de France 1998 gouf e spuenesche Teamdokter fir d'Festina-Team op der franséischer Grenz mat 400 Fläschen kënschtlech rekombinant EPO festgeholl! D'Resultat war natierlech datt d'ganz Equipe aus dem Tour erausgehäit a verbannt gouf.

Den Internationalen Olympesche Comité huet d'EPO op seng verbueden Lëscht op den 1992 Barcelona Spiller bäigefüügt, awer d'Reorganisatioun vum Mënsch EPO Testen war sou schwéier datt virun den 2000 Spiller et kee Wee war fir effektiv z'entdecken ob Athleten et benotzt hunn. Et gi verschidde Grënn: 1) EPO Inhalt a Kierperflëssegkeet ass ganz niddereg, an EPO pro ml Blutt bei normale Leit ass ongeféier 130-230 Nanogramm; 2) D'Aminosaier Zesummesetzung vun kënschtlech rekombinant EPO ass genee déi selwecht wéi déi vun mënschlech endogenous EPO Protein, nëmmen d'Form vun glycosylation ass ganz liicht anescht; 3) D'Hallefzäit vum EPO am Blutt ass nëmme 5-6 Stonnen, an et ass allgemeng ondetektabel 4-7 Deeg no der leschter Injektioun; 4) Den individuellen EPO Niveau ass ganz anescht, sou datt et schwéier ass en absolute quantitative Standard opzebauen.

Zënter 2000 huet WADA Urintest benotzt als déi eenzeg wëssenschaftlech Verifizéierungsmethod fir direkt Detektioun vu rekombinanten EPO. Wéinst de klengen Differenzen tëscht der glycoyléierter Form vum kënschtlechen rekombinanten EPO an där vum mënschlechen EPO sinn déi gelueden Eegeschafte vun deenen zwee Moleküle ganz kleng a kënnen duerch eng Elektrophoresemethod ënnerscheet ginn, genannt isoelektresch Fokusséierung, wat d'Haaptstrategie fir de direkt Detektioun vum kënschtlechen rekombinanten EPO. Wéi och ëmmer, e puer rekombinant EPO ausgedréckt vu mënschlechen ofgeleeten Zellen hunn keen Ënnerscheed an der Glykosylatioun gewisen, sou datt e puer Experten virgeschloen hunn datt exogen EPO an endogen EPO duerch ënnerschiddlech Kuelestoffisotopgehalt ënnerscheede sollten.

Tatsächlech ginn et nach ëmmer Aschränkungen a verschiddenen Testmethoden fir EPO. Zum Beispill, de Lance Armstrong, déi amerikanesch Vëloslegende, huet zouginn EPO an aner Stimulanzer während senge siwe Tour de France Victoiren ze huelen, awer hie gouf zu där Zäit net positiv fir EPO an engem Dopingtest bestätegt. Mir mussen nach ofwaarden ob et "e Fouss méi héich" oder "e Fouss méi héich ass".

Wéi mécht et en Nobelpräis

E leschte Wuert iwwer d'Verbindung tëscht EPO an dem 2019 Nobelpräis fir Physiologie oder Medizin.

EPO ass dat typeschste Fall vun der Perceptioun an der Äntwert vum mënschleche Kierper op Hypoxie. Dofir hunn Semenza a Ratcliffe, zwee Nobelpräisdréier, den EPO als Ausgangspunkt gewielt fir de Mechanismus vun der Zellperceptioun an der Adaptatioun un Hypoxie ze studéieren. Den éischte Schrëtt war d'Elementer vum EPO Gen ze fannen, déi op Sauerstoffverännerungen reagéiere kënnen. Semenza identifizéiert eng Schlëssel 256-Basis net-kodéierend Sequenz um 3 'downstream Enn vum Gen, deen EPO kodéiert, den Hypoxie-Äntwert Element genannt. Wann dës Element Sequenz mutéiert oder geläscht ass, ass d'Fäegkeet vum EPO Protein fir op Hypoxie ze reagéieren staark reduzéiert. Wann dës Elementsequenz an den Downstream 3 'Enn vun aneren Genen verschmolzelt ass, déi net mat Hypoxie verbonne sinn, weisen dës modifizéiert Genen och EPO-ähnlech Aktivatiounënner hypoxie Konditiounen.

De Ratcliffe a seng Equipe hunn dunn entdeckt datt dëst hypoxescht Reaktiounselement net nëmmen an den Nieren oder Liewerzellen präsent ass, verantwortlech fir d'Produktioun vun EPO, awer och a villen aneren Zelltypen, déi ënner hypoxesche Bedéngungen funktionéiere kënnen. An anere Wierder, dës Äntwert op Hypoxie ass vläicht net spezifesch fir EPO, awer éischter e méi verbreete Phänomen an Zellen. Dës aner Zellen, déi net verantwortlech sinn fir d'EPO-Produktioun, mussen Moleküle enthalen (wéi Transkriptiounsfaktoren, déi verantwortlech sinn fir den Genausdrock z'änneren), déi Verännerungen an der Sauerstoffkonzentratioun spieren a sech un hypoxesch Reaktiounselementer binden fir Genen wéi EPO opzemaachen.