Nobel medicina alla scoperta di come le cellule si adattano alla quantità di ossigeno

I tre scienziati a cui va il premio Nobel 2019 per la medicina o la fisiologia hanno scoperto e studiato un complesso meccanismo di regolazione dell’attività delle cellule in cui il protagonista è la quantità di ossigeno a disposizione. Per la giuria dell’Accademia reale svedese delle scienze, gli americani William G. Kaelin e Gregg L. Semenza, assieme al britannico Peter J. Ratcliffe hanno meritato il premio per “le loro scoperte su come le cellule percepiscano e si adattino alla disponibilità di ossigeno”.

Un puzzle iniziato quasi un secolo fa

L’ossigeno è fondamentale per la vita animale. Viene utilizzato dai mitocondri, che si trovano praticamente in tutte le cellule animali, per convertire il cibo in energia utilizzabile. Nel 1931, il premio Nobel Otto Warburg ha scoperto che questa conversione è un processo enzimatico. Grazie all’evoluzione si sono sviluppati meccanismi che assicurino un sufficiente approvvigionamento di ossigeno ai tessuti e alle cellule. I corpi carotidei, che si trovano ai lati del nostro collo, vicino ai grandi vasi sanguigni, contengono cellule specializzate che “misurano” il livello di ossigeno nel sangue arterioso. Negli anni Trenta, Corneille Haymans, premio Nobel nel 1938, ha dimostrato che il corpo carotideo regola il nostro ritmo respiratorio comunicando direttamente con il cervello.

Oltre al corpo carotideo, un risposta all’ipossia (basso livello di ossigeno) è la produzione di eritropoietina, nota anche come EPO, un ormone che stimola al produzione dei globuli rossi, responsabili del trasporto dell’ossigeno nel sangue. Semenza e Ratcliffe sono stati in grado di dimostrare che questo meccanismo è presente in tutti i tessuti animali. Sempre Semenza, negli anni Novanta del Novecento, ha scoperto un complesso proteico, battezzato hypoxia-inducible factor (HIF), che si svolge un ruolo di mediazione nel complesso meccanismo di risposta all’ipossia.

I risultati di Ratcliffe e Semenza sono stati la base per gli studi di Kaelin, che è riuscito a dimostrare come il meccanismo individuato dai colleghi sia centrale nello sviluppo del cancro. In particolare, la disponibilità dell’ossigeno è un elemento cruciale per la vascolarizzazione del tessuto tumorale: poter interrompere il meccanismo significa bloccare la crescita di almeno alcuni tipi di tumore.

 

Qualche notizia sui tre laureati 2019

Nel 2016 i tre ricercatori hanno già vinto insieme il premio Lasker per la ricerca medica di base. William Kaelin insegna medicina all’Università di Harvard e dal 2008 è vicedirettore del Dana-Farber/Harvard Cancer Center. Le sue ricerche si concentrano sulla comprensione del ruolo delle mutazioni nei geni soppressori del tumore durante lo sviluppo del cancro. Il suo lavoro principale riguarda il gene che esprime il soppressore tumorale del retinoblastoma. Le scoperte che lo hanno portato al Nobel derivano dalla ricerca su una forma di tumore familiare chiamata sindrome di von Hippel-Lindau (VHL), dovuta alle versioni difettose di una particolare proteina.

L’inglese Peter Ratcliffe è medico, oltre che biologo cellulare e molecolare. Lavora al John Radcliffe Hospital di Oxford ed è stato Professore di Medicina Clinica e capo del Dipartimento di Medicina Clinica all’Università di Oxford. Oggi è direttore della ricerca clinica al Francis Crick Institute, sempre a Oxford. Nei primi anni Ottanta, si sapeva poco a proposito dei processi cellulari che portano all’ipossia. Tutto è cambiato nel 1989,  quando Ratcliffe ha istituito un laboratorio per esplorare la regolazione dell’eritropoietina (EPO), l’ormone che stimola la produzione di globuli rossi, noto per essere attivato nelle cellule renali a seguito della deprivazione di ossigeno (e ben noto anche nel mondo dello sport per i suoi effetti dopanti). Il gruppo di Ratcliffe si è reso presto reso conto che le cellule renali non erano le uniche che reagivano all’ipossia. Il suo gruppo ha contribuito a scoprire una dettagliata catena molecolare che le cellule usano per rilevare l’ossigeno.

Gregg Semenza è professore di pediatria, radiologia oncologica, chimica biologica, medicina e oncologia alla Johns Hopkins University School of Medicine di Baltimora, negli Stati Uniti. Dagli anni Novanta ha lavorato con Ratcliffe negli studi sull’eritropoietina. Nel 1995, con il gruppo, ha scoperto l’enzima HIF-1, che consente alle cellule tumorali di adattarsi ad ambienti poveri di ossigeno.

Insieme, il lavoro dei tre scienziati descrive il funzionamento dell’interruttore molecolare che permette di rispondere alle variazioni dei livelli di ossigeno. Dai loro studi in poi si è scoperto che almeno 300 geni sono regolati dalla proteina originale identificata da Semenza. Questi geni hanno ruoli importanti per la salute, ad esempio alcuni controllano come si formano nuovi vasi sanguigni, e altri influenzano come le cellule “rompono” il glucosio. I geni sono noti per essere importanti nello sviluppo degli embrioni e nel funzionamento del sistema immunitario. L’interruttore molecolare è anche fondamentale nella comprensione e nel trattamento di disturbi come l’anemia, che si traduce in bassi livelli di ossigeno, e malattie come ictus, attacco di cuore e cancro.

Sul sito della Nobel Foundation si può trovare il comunicato stampa dell’annuncio del premio su cui si basa questo articolo e anche un testo di approfondimento che si può trovare qui (in inglese).

Immagine Banner e Box: Noberprize.org

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