Ya hay ganadores del Premio Nobel de Medicina o Fisiología 2019

La academia sueca ha concedido el galardón a William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe y Gregg L. Semenza "por sus descubrimientos sobre cómo las células perciben y se adaptan a la disponibilidad de oxígeno".

Instituto Karolinska

El Instituto Karolinska de Estocolmo acaba de dar el pistoletazo de salida a la semana de los Premios Nobel y, como manda la tradición, el primero en anunciarse ha sido el Nobel de Medicina, que este año ha recaído en William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe y Gregg L. Semenza por el trabajo que revela los mecanismos moleculares que subyacen en la forma en que las células se adaptan a las variaciones en el suministro de oxígeno.

El papel fundamental que tiene el oxígeno para la vida se conoce desde hace siglos, pero todavía seguimos profundizando en los mecanismos que llevan a las células a adaptarse a los cambios en los niveles de este compuesto.

Como ha explicado la academia sueca, William G. Kaelin Jr., Sir Peter J. Ratcliffe y Gregg L. Semenza descubrieron cómo las células pueden detectar y adaptarse a la disponibilidad cambiante de oxígeno, identificando la maquinaria molecular que regula la actividad de los genes en respuesta a los niveles variables de oxígeno. Este trabajo de investigación ha permitido, por tanto revelar el mecanismo que subyace a uno de los procesos adaptativos más importantes para la vida.

En el campo práctico, estos descubrimientos han allanado el camino para nuevas estrategias prometedoras en para combatir la anemia, el cáncer y otras muchas enfermedades cuya cura es un reto para la medicina del siglo XXI.

El cuerpo carotídeo y la hormona eritropoyetina

En el año 1938, Corneille Heymans recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina debido a sus descubrimientos sobre cómo el cuerpo carotídeo, adyacente a los grandes vasos sanguíneos que existen a ambos lados del cuello, controla nuestra respiración a través de la comunicación directa con el cerebro, ya que contiene células especializadas que son capaces de detectar los niveles de oxígeno en la sangre.

Otra de las respuestas fisiológicas que controlan los niveles de oxígeno tiene que ver con la hormona eritropoyetina (EPO), que conduce a una mayor producción de células sanguíneas rojas en un proceso que se conoce como eritropoyesis. La importancia del control hormonal de la eritropoyesis ya se conocía a principios del siglo XX, pero la forma en que este proceso fue controlado por oxígeno siguió siendo un misterio. Gregg Semenza estudió el gen EPO y cómo su producción está regulada por los niveles variables de oxígeno.

Sir Peter Ratcliffe también estudió la regulación dependiente de oxígeno del gen EPO, y ambos grupos de investigación encontraron que el mecanismo de detección de oxígeno estaba presente en prácticamente todos los tejidos, no solo en las células renales donde normalmente se produce la EPO. Estos hallazgos demuestran que el mecanismo es general y funcional en muchos tipos de células diferentes.

¿Qué componentes celulares mediaban en esta respuesta? Semenza, estudiando cultivos de células hepáticas, descubrió un complejo de proteínas que se une al segmento de ADN identificado en función de los niveles de oxígeno. Llamó a esto factor inducible por hipoxia completa (HIF). Comenzaron los esfuerzos extensivos para purificar el complejo HIF, y en 1995, Semenza pudo publicar algunos de sus hallazgos clave, incluida la identificación de los genes que codifican HIF.

Se descubrió que el HIF constaba de dos proteínas de unión al  ADN diferentes, denominadas factores de transcripción, que se han llamado HIF-1a y ARNT. Cuando los niveles de oxígeno son altos, las células contienen muy poco HIF-1a. Sin embargo, cuando los niveles de oxígeno son bajos, la cantidad de HIF-1 aumenta para que pueda unirse y así regular el gen EPO y otros genes con segmentos de ADN que se unen a HIF.

 

Aproximadamente al mismo tiempo que Semenza y Ratcliffe exploraban la regulación del gen EPO, el investigador del cáncer William Kaelin, Jr. estaba investigando un síndrome hereditario: la enfermedad de von Hippel-Lindau (enfermedad de VHL). Esta  enfermedad genética conduce a un riesgo muy alto de padecer ciertos cánceres en familias con mutaciones de VHL heredadas. Kaelin demostró que el gen VHL codifica una proteína que previene la aparición del cáncer. Kaelin también mostró que las células cancerosas que carecen de un gen VHL funcional expresan niveles anormalmente altos de genes regulados por hipoxia; pero que cuando el gen VHL se reintrodujo en las células cancerosas, se restablecieron los niveles normales.

Tirando de este hilo, los tres investigadores galardonados han seguido realizando descubrimientos en sus respectivos grupos de investigación que han conducido a una mejor comprensión de estos mecanismos y en el papel que tiene la ubiquitina, un pequeño péptido que se agrega a la proteína HIF-1, en el proceso de regulación del oxígeno en la célula.

El papel del oxígeno en fisiología y patología

Gracias al trabajo de los galardonados con este Premio Nobel, ahora sabemos mucho más sobre cómo los diferentes niveles de oxígeno regulan los procesos fisiológicos fundamentales.

La detección de oxígeno permite a las células adaptar su metabolismo a niveles bajos de oxígeno: por ejemplo, en nuestros músculos durante el ejercicio intenso. Otros ejemplos de procesos adaptativos controlados por la detección de oxígeno incluyen la generación de nuevos vasos sanguíneos y la producción de glóbulos rojos.

Nuestro sistema inmunológico y muchas otras funciones fisiológicas también se regulan por la máquina de detección de oxígeno. Incluso se ha demostrado que la detección de oxígeno es esencial durante el desarrollo fetal para controlar la formación normal de vasos sanguíneos y el desarrollo de la placenta.

Nobel Price

 

La detección de oxígeno es también fundamental para una gran cantidad de enfermedades. Por ejemplo, los pacientes con insuficiencia renal crónica a menudo sufren de anemia severa debido a la disminución de la expresión de EPO que, como ya se ha explicado, es producida en el riñón y desempeña un papel esencial en el control de la formación de glóbulos rojos.

En el caso de los tumores cancerígenos, la maquinaria regulada por oxígeno se utiliza para estimular la formación de vasos sanguíneos y remodelar el metabolismo para la proliferación efectiva de células cancerosas. Intensos esfuerzos continuos en laboratorios académicos y compañías farmacéuticas se centran ahora en desarrollar medicamentos que puedan interferir con diferentes estados de la enfermedad activando o bloqueando la maquinaria de detección de oxígeno.

Los galardonados

El Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 2019 ha recaído sobre dos investigadores estadounidenses y uno británico:

William G. Kaelin, Jr (Nueva York, 1957) es investigador en el Instituto Médico Howard Hughes desde 1998. Además, tiene su propio laboratorio en el Instituto del Cáncer Dana-Farber y es profesor en la Escuela Médica de Harvard desde el año 2002.

Sir Peter J. Ratcliffe (Lancashire, Reino Unido, 1954) es director de Investigación Clínica en el Instituto Francis Crick de Londres y miembro del Instituto de Investigación del Cáncer Ludwig.

Gregg L. Semenza (Nueva York, 1956) es director del Programa de Investigación Vascular en el Instituto de Ingeniería de la Célula Johns Hopkins y profesor en la Universidad John Hopkins.

Victoria González

Victoria González

Bióloga de bota. Tengo los pies en la tierra y la cabeza llena de pájaros. De mayor quiero ser periodista.

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