Марина Секачева, Петр Тимашев и Андрей Замятнин. Фото: sechenov.ru
С 7 по 14 октября в Стокгольме проходит 118-я Нобелевская неделя. Она стартовала с вручения премии по физиологии или медицине. Нобелевскую премию в этих направлениях получили трое исследователей: американцы Уильям Кейлин, Грегг Семендза и британец сэр Питер Рэтклифф. Премию присудили за исследования, раскрывающие молекулярные механизмы, лежащие в основе адаптации клеток к изменениям в снабжении кислородом. Исследования ученых могут помочь в разработке новых стратегий в борьбе с анемией, раком и другими болезнями.
Эксперты Сеченовского университета, в чьих подразделениях ведутся исследования в этой области, комментируют работу нобелевских лауреатов.
– Как вы оцениваете важность исследований, за которые была получена премия?
Марина Секачева, директор Института кластерной онкологии:
– Премия присуждена за выдающееся открытие, связанное с основополагающим механизмом жизнедеятельности клеток – обменом кислорода. Долгое время наши знания о нем ограничивались пониманием того, как кислород переносится по кровеносному руслу к различным тканям и органам, но события внутри клеток и в их микроокружении оставались под завесой тайны. Открытия, за которые присуждена премия в этом году, позволили понять, как клетка реагирует на недостаток и избыток кислорода, какие механизмы адаптации она включает, какие белки и гены задействованы в этом процессе. Все это становится потенциальной мишенью для создания новых препаратов.
Феномен гипоксии при онкологических процессах чрезвычайно интересен. Раковые клетки нуждаются в гораздо большем по сравнению со здоровыми клетками количестве питательных веществ и кислорода, поэтому в микроокружении опухолевых клеток почти всегда царит недостаток кислорода. И опухолевые клетки успешно преодолевают эту проблему, вырабатывая те самые белки, за открытие которых и присуждена премия. Уже сегодня ученые подошли к созданию препаратов, которые могут блокировать выработку этих белков в опухоли, таким образом, прекращая поступление кислорода к опухолевой клетке и ведя ее к смерти от удушья. В нашем университете также существуют определенные наработки, например, при кардиометаболическом синдроме и при опухолях почки. Это направление очень перспективно и, будем надеяться, в ближайшее время у нас появится новый класс препаратов для борьбы с онкологией.
Петр Тимашев, директор Института регенеративной медицины:
– Открытие механизмов, регулирующих активность генов в ответ на изменение уровня кислорода, важно для понимания многих процессов в нашем организме и, конечно, дает нам подсказку, как должна функционировать ткань, которую мы стараемся восстановить с применением методов регенеративной медицины и предотвратить нежелательные эффекты. Эти знания важны как для относительно «простых» задач (культивирования клеток, формирования тканеинженерных конструкций и самоорганизующихся систем, сфероидов), так и для более «сложных» – модулирования репаративных и регенеративных процессов в разных тканях.
Андрей Замятнин, директор Института молекулярной медицины:
– Активные формы кислорода играют важнейшую роль в жизнедеятельности организма. Многие из их производных являются сигнальными молекулами, также показана их роль в развитии таких патологий как рак, нейродегенеративные заболевания, различные воспаления и даже процесса старения.
Кислород позволяет организму эффективно преобразовывать энергию питательных веществ. Однако обладая высокой реакционной способностью, он может становиться сильнейшим ядом, поэтому клетки были вынуждены обзавестись специальным многоуровневым аппаратом, нейтрализующим активные формы кислорода. Неблагоприятным событием для клеток является как недостаток, так и избыток кислорода. Исключением являются клетки, находящиеся в процессе перерождения в раковые: в этом случае в них запускается программа самоуничтожения, успешное выполнение которой часто зависит именно от повышенной концентрации активных форм кислорода.
Во многих патологических ситуациях клетки подвергаются гипоксии – состоянию, когда содержание кислорода снижено. Зачастую это является следствием проблем с сосудами, в результате чего клетки мозга недостаточно снабжаются кислородом, что приводит к инсульту. Часто в аналогичных условиях оказываются и клетки опухоли: из-за их неконтролируемого роста может сильно ухудшиться кровоснабжение и возникнуть состояние гипоксии. К сожалению, опухолевые клетки могут приспосабливаться к таким условиям, а нормальные клетки (например, клетки мозга), как правило, нет. Кроме того, к настоящему времени накопился огромный массив данных, показывающих, что с течением времени в организме концентрация активных форм кислорода увеличивается. Следовательно, увеличение содержания активных форм кислорода можно связать и с процессами старения.
Признание заслуг в области исследований, связанных с активными формами кислорода, выдающихся ученых Уильяма Кэлина, Грегга Семенза и Питера Рэтклиффа, с моей точки зрения, являлось лишь вопросом времени. Разработка технологий, контролирующих уровень активных форм кислорода в тканях и клетках, позволяет надеяться на то, что будут созданы средства лечения кислород-зависимых патологий.
– Разрабатываются ли в России, в Сеченовском университете способы воздействовать на эти процессы, активировать их или блокировать?
Петр Тимашев:
– В России активно ведутся исследования по этим направлениям. В частности, разрабатываются специальные зонды, позволяющие более точно и полно описать картину потребления кислорода единичной клеткой и оценить состояние трехмерных клеточных структур (сфероиды, органоиды и т.д.). Кроме того, исследование участия кислорода и его форм в развитии иммунных реакций и формируемых в результате его действия окисленных липидов, – это одна из задач лаборатории навигационной редокс-липидомики Института регенеративной медицины Сеченовского университета под руководством Валериана Кагана, ведущей разработки совместно с группой ученых из университета Питтсбурга (США). Так, окисленные формы липидов являются одним из главных «игроков» в развитии воспаления, и дискоординация их контроля может привести к разным типам программируемой гибели клеток, например апоптозу или ферроптозу. Соответственно, понимание их роли позволяет предсказать и предотвратить неблагоприятный исход при применении подходов регенеративной медицины.
Андрей Замятнин:
– Липиды являются одним из основных строительных материалов клетки, служат основой клеточных мембран, которые отделяют клетки от внешней среды. Кроме того, именно липидные мембраны разделяют внутриклеточные органеллы. Существуют липиды, которые относительно легко могут быть окислены активными формами кислорода. Более того, такая реакция может быть цепной, т.е. если окислился один липид, то он индуцирует окисление соседнего. Таким образом, в клетке передаются сигналы, приводящие, например, к таким значимым событиям как смерть клетки. Естественно, возможность специфичной индукции клеточной смерти чрезвычайно интересна с точки зрения разработки новых способов терапии рака, так как можно индуцировать смерть именно раковых клеток.
Также активные формы кислорода регулируют работу части ферментов, основных катализаторов биохимических реакций. Избыток или недостаток кислорода приводит к активации или ингибированию ряда ферментов. Лаборатория молекулярной биологии и биохимии Института регенеративной медицины Сеченовского университета совместно с учеными из МГУ им. М.В. Ломоносова активно занимаются исследованием ряда белков, в том числе обладающих ферментативной активностью, которые регулируются активными формами кислорода. Ученые исследуют функции этих белков в раковых клетках, а также изучают функции белков, ответственных за обеспечение функции зрения.
Подготовлено по информиции отдела стратегических коммуникаций Первого МГМУ им. И.М. Сеченова