Premio Nobel per la Medicina 2019

Chi sono i tre vincitori del Nobel

I tre ricercatori si chiamano William G. Kaelin, Sir Peter J. Ratcliffe e Gregg L. Semenza.

 - Il britannico Sir Peter J. Ratcliffe dirige il Centro per la ricerca clinica dell’Istituto Francis Crick di Londra ed è membro dell’Istituto Ludwig per la ricerca sul cancro.

 - Lo statunitense Gregg L. Semenza, insegna presso la Johns Hopkins University, dove dal 2003 dirige anche il programma sulla ricerca vascolare

- Lo statunitense William G. Kaelin,  insegna ad Harvard.

Cosa succede quando la concentrazione di ossigeno si abbassa nelle cellule?

Prima della pubblicazione dei loro studi si sapeva che il nostro organismo in caso di bassi livelli di ossigeno (chiamata ipossia) aumenta la produzione dell’ormone eritropoietine prevalentemente a livello renale. Questa proteina agisce a livello del midollo osseo e procova la produzione di eritrociti, le cellule responsabili del trasporto di ossigeno.

I tre ricercatori sono riusciti a capire il sistema molecolare a livello genetico che permette alle cellule di rilasciare la eritropoietina in risposta alla mancanza di ossigeno. 

Nel 2001 William Kaeline e Sir Ratcliffe  hanno pubblicato due articoli indipendentemente uno dall’altro in cui spiegavano i meccanismi dello stesso processo. Entrambi i gruppi di ricerca hanno inoltre scoperto che il meccanismo di rilevamento dei livelli di ossigeno è presente in tutte le cellule e non solo in quello nel rene.

Lo studio di ricerca di Gregg L. Semenza 

Gregg Semenza è riuscito identificare tratti di DNA che codifica e regola per la eritropoietina. 

A bassi livelli di ossigeno viene attivata la trascrizione del gene per la eritropoietina che porta successivamente alla maggior produzione di globuli rossi. 

Hanno inoltre identificato e purificato un complesso di proteine chiamate HIF che agiscono sul DNA coinvolti nell’ avvio della trascrizione del gene dell’eritropoietina.  La HIF é formata da due diverse proteine e una di esse, chiamata HIF-1α, è sensibile alla presenza di ossigeno. 

Quando è presente una quantità di ossigeno sufficiente la proteina viene degradata, ma quando la quantità di ossigeno si abbassa, i livelli intracellulari della HIF-1α aumentano e che quindi agirà sul gene per l’eritropoietina.

Lo studio di ricerca di William G. Kaelin e la regolazione di HIF-1α

Lo studio del medico Kaelin riguardava un gene in particolare chiamata VHL. Lui stava studiando una rara malattia ereditaria, la sindrome di von Hippel-Lindau, che porta ad un aumentato rischio per lo sviluppo di diverse forme tumorali, ed é correlata a mutazioni nel gene VHL. Kaelin ha scoperto che la mutazione di questo gene portava anche a una espressione anormale dei geni coinvolti nell’ipossia. Kaelin ha messo in luce il sistema con cui la proteina HIF-1α viene degradata alle normali concentrazioni di ossigeno.

Lo studio di ricerca di Peter Ratcliffe

Peter Ratcliffe proprio grazie agli studi di Kaelin sul gene VHL è stato in grado di capire come questo gene interagisce con la proteina HIF-1α e come questo si degrada in presenza di ossigeno. 

Quindi grazie agli studi dei tre ricercatori si è arrivati a comprendere nel dettaglio l’intero meccanismo dello processo:

A livelli normali di ossigenazione, alla proteina HIF-1α  vengono aggiunti dei gruppi ossidrilici che cosi vengono riconosciuti dal gene VHL e la HIF-1α viene degradata.

Se i gruppi ossidrilici non vengono aggiunti, la HIF-1α si accumula nella cellula e agisce sul DNA.

I tre scienziati hanno cosi chiarito il meccanismo di regolazione fisiologica di risposta ai cambiamenti dei livelli di ossigeno, come può succedere in alta montagna o sotto sforzo fisico, ma anche in caso di alcune patologie come l’insufficienza renale cronica o nei tumori in cui viene stimolata la produzione di nuovi vasi per apportare ossigeno al tumore.

Grazie a loro si potranno sviluppare nuove cure che agiscono proprio sul sistema di risposta ai livelli di ossigeno.