TiaSang
Thứ 3, Ngày 22 tháng 10 năm 2019
Khoa học và Công nghệ

Các nhà sinh học giải mã cách các tế bào cảm nhận oxy giành giải Nobel y học

07/10/2019 08:30 -

William Kaelin, Peter Ratcliffe và Gregg Semenza cùng chia sẻ giải Nobel Y học cho những khám phá mang tính cốt lõi về các bệnh tật còn chưa được biết đến nhiều như ung thư.

William G. Kaelin, Jr. (trái), Peter J. Ratcliffe (giữa) và Gregg L. Semenza. Nguồn: Nobel Prize

Ba nhà khoa học này được trao giải thưởng cho những nghiên cứu về cách các tế bào cảm nhận và hồi đáp cho những mức thay đổi ôxi thông qua việc chuyển đổi các gene đóng và mở - một khám phá đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu về các loại bệnh tật của con người như ung thư hay chứng thiếu máu. “Đây là kiểu khám phá cơ bản tác động đến từng khía cạnh trong cơ thể”, Randall Johnson, một thành viên trong Ủy ban Giải thưởng Nobel năm nay nhận xét trong lễ thông báo giải thưởng vào sáng ngày 7/10/2019 tại Viện nghiên cứu Karolinska ở Stockholm. “Các ứng dụng của khám phá này sẽ còn rất rộng.”

Ba nhà khoa học này là nhà nghiên cứu ung thư William Kaelin tại Viện nghiên cứu Ung thư Dana-Farber tại Boston, Massachusetts; bác sỹ Peter Ratcliffe tại trường đại học Oxford, Anh và Viện nghiên cứu Francis Crick London; nhà di truyền học Gregg Semenza tại trường đại học Johns Hopkins ở Baltimore, Maryland. Họ từng giành giải Albert Lasker cho nghiên cứu cơ bản về y học năm 2016.

Công trình nghiên cứu của họ đã giúp cho các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cách cơ thể thích ứng với những mức oxy thấp vì nhiều lý do, ví dụ như việc điều chỉnh các hồng cầu và sự phát triển của các mạch máu mới.

Các mô của cơ thể có thể rơi vào trạng thái thiếu oxy trong suốt quá trình thực hiện chức năng hoặc khi các mạch máu bị nghẽn như khi bị đột quỵ. Khả năng cảm nhận oxy của tế bào ảnh hưởng rất lớn đến phát triển của khối u, bởi số tế bào gia tăng có thể làm cạn kiệt lượng oxy bên trong khối u.

Khi lượng oxy thấp (hypoxia), HIF-1α được bảo vệ khỏi sự thoái biến và tích lũy bên trong hạt nhân, nơi nó kết hợp với ARNT và liên kết với các trinh tự DNA đặc biệt (HRE) trong các gene đươc dược điều chỉnh về mức hypoxia (1). Tại các mức oxy bình thường, HIF-1α giảm nhanh phức hợp protein proteasome (2). Oxy điều chỉnh quá trình sự thoái biến thông qua việc tăng thêm nhóm liên kết hydroxyl  (OH) với HIF-1α (3). Protein VHL protein sau đó có thể ghi nhận và hình thành một phức hợp với HIF-1α để thoái biến nó thabnhf một phương thức phụ thuộc vào lượng ô xi (4).

Semenza và Ratcliffe đã nghiên cứu về sự điều chỉnh của erythropoietin, một hormone đóng vai trò nòng cốt cho quá trình khuyến khích việc sản xuất hồng cầu trong điều kiện mức oxy thấp. Semenza và nhóm nghiên cứu của ông đã nhận diện được một cặp gene mã hóa hai protein hình thành nên yếu tố kích thích giảm ô xi (hypoxia-inducible factor HIF), một phức hợp protein thúc đẩy việc tạo ra erythropoietin trong điều kiện oxy thấp.

Trong khi đó, Kaelin nghiên cứu về một hội chứng di truyền gọi là bệnh von Hippel-Lindau, một loại bệnh di truyền hiếm gặp có thể làm tăng nguy cơ bị ung thư. Những gia đình có hội chứng bệnh von Hippel-Lindau mang các đột biến trong gene VHL. Kaelin chứng tỏ rằng các tế bào không mang gene VHL, chức năng gene có thể chuyển sang hồi đáp với các điều kiện thiếu ô xi. Sau đó, Ratcliffe và nhóm nghiên cứu của ông còn tìm ra protein VHL tương tác với một trong số các thành phần của HIF, ngắt khả năng  đáp ứng với lượng oxy thấp bằng việc đánh dấu thành phần HIF sau khi tăng các mức độ oxy trong máu.

Khả năng cảm nhận oxy đóng vai trò quan trọng với sự tăng trưởng của thai nhi và nhau thai. Các nhà nghiên cứu hiện đang nỗ lực phát triển các loại thuốc điều trị ung thư hướng đến các quá trình cảm thụ ô xi.

Andrew Murray, một nhà nghiên cứu về sinh lý trao đổi chất tại trường đại học Cambridge, lưu ý rằng những người sống ở cao nguyên Tây Tạng 10.000 năm đều mang một biến thể gene cho một trong những yếu tố tương tác với HIF có thể giúp họ sống sót ở độ cao này, nó ngăn sự tạo ra quá nhiều hồng cầu. “Điều thú vị ở đây là sự tiến hóa của con người trong quá trình hoạt động. Nó chứng tỏ công trình nghiên cứu này cơ bản như thế nào”.

“Đúng là ở điểm bắt đầu, anh có một dạng cơ bản của việc chuyển pha cơ bản trong sự sống, nơi oxy đến từ chỗ bị nhiễm độc trở thành một phần vô cùng quan trọng của các quá trình diễn ra trong các cơ thể sống. Nhưng dĩ nhiên, thách thức cuối cùng là để phản hồi các dao động trong việc cung cấp oxy và đó là những gì công trình nghiên cứu của họ chứng tỏ cho chúng ta thấy”, Murray đánh giá.

Thanh Phương tổng  hợp

Nguồn: Nature, Quanta Magazine, Wire