Este lunes, la Asamblea del Nobel del Instituto Karolinska en Suecia dio a conocer a los tres ganadores del Premio Nobel de Medicina 2019: los estadounidenses William Kaelin y Gregg Semenza y el Británico Peter Ratcliffe por su descubrimiento de “cómo las células sienten y se adaptan a la disponibilidad de oxígeno”.

Los animales necesitan oxígeno para la conversión del alimento en energía útil. La importancia fundamental del oxígeno ha sido conocida por siglos, sin embargo, por mucho tiempo se ignoraba como las células se adaptaban a los cambios en los niveles de este elemento.

Los tres científicos galardonados descubrieron como las células pueden medir o detectar la disponibilidad de oxígeno y adaptarse a ella. Ellos identificaron el mecanismo molecular que regula la actividad de los genes en respuesta a las variaciones de este elemento.

El descubrimiento de los galardonados revela el mecanismo de uno de los procesos adaptativos más esenciales para la vida. Ellos establecieron las bases para el conocimiento de cómo los niveles de oxígeno afectan el metabolismo celular y la función psicológica. Sus investigaciones también abrieron el camino para estrategias prometedoras para combatir la anemia, el cáncer y muchas otras enfermedades.

Gracias al trabajo de William Kaelin, Gregg Semenza y Peter Ratcliffe ahora se sabe mucho más acerca de cómo los diferentes niveles de oxígeno regulan procesos fisiológicos. La detección de los niveles de oxígeno permite a las células adaptar su metabolismo a niveles bajos de este elemento, por ejemplo cuando una persona hace ejercicio intenso. Otros ejemplos de proceso adaptativo controlado por la medición de oxígeno incluye la generación de nuevos vasos sanguíneos y la producción de glóbulos rojos.

Esquema explica qué ocurre a nivel molecular en la célula cuando hay niveles bajos de oxígeno.
Crédito: Ilustración: Comité del Premio Nobel de Fisiología o Medicina. Ilustrador: Mattias Karlén

Aportes del equipo ganador

Gregg Semenza, médico e investigador de la Universidad Johns Hopkins, se centró en el estudio del gen llamado EPO fundamental para aumentar los niveles de oxígeno en la sangre al promover el aumento de eritropoyetina, una proteína que se produce en los riñones y que aumenta los glóbulos rojos portadores de oxígeno.

El investigador desarrolló en 1991 ratones transgénicos portadores del gen EPO humano. En ellos identificó una secuencia genética encargada de iniciar la producción de EPO cuando bajan los niveles de oxígeno. Dos años después, Peter Ratcliffe de la Universidad de Oxford demostró que este mecanismo está presente en prácticamente todos los tejidos, lo que prueba la importancia biológica del fenómeno.

En 1998, Semenza reportó que los ratones transgénicos eran incapaces de desarrollar venas, glóbulos rojos o un sistema cardiaco cuando les faltaba un complejo de los proteínas a las que llamó factor inducible por hipoxia (HIF). La hipoxia es la falta de oxígeno y esas dos proteínas parecían una pieza clave de los sensores biológicos para detectarlo.

William Kaelin, oncólogo de la Facultad de Medicina de Harvard, estudiaba por qué algunos de sus pacientes con cáncer presentaban un exceso de vasos sanguíneos en los riñones. Kaelin demostró que estos pacientes tienen desactivado el gen VHL que funciona como un interruptor que previene el cáncer.

Kaelin y Ratcliffe descubrieron que el gen VHL no solo protege ante tumores, sino que es una parte esencial del sensor de oxígeno celular pues ayuda a preservar las proteínas necesarias cuando falta el oxígeno y las elimina cuando abunda.

La importancia del oxígeno

Nuestro sistema inmune y muchas otras funciones fisiológicas son también estrictamente controladas por la maquinaria de las células para “percibir” el oxígeno. La detección de oxígeno por parte de las células es también esencial durante el desarrollo fetal para controlar la formación normal de los vasos sanguíneos y el desarrollo de la placenta.

El mecanismo celular para la detección de oxígeno tiene una importancia fundamental en la fisiología, por ejemplo, para el metabolismo, la respuesta inmune y la capacidad de adaptarse al ejercicio.
Crédito: Ilustración: Comité del Premio Nobel de Fisología o Medicina. Ilustrador: Mattias Karlén.

Otras enfermedades también dependen de manera importante de que las células sientan el oxígeno disponible. Por ejemplo, pacientes que tienen falla renal crónica sufren de anemia severa debida a la baja expresión de una hormona llamada eritropoyetina (EPO). Esta se produce en las células de riñón y es esencial para controlar la formación de los glóbulos rojos. Por otro lado, la maquinaria de regulación de oxígeno tiene un papel importante en el desarrollo de cáncer. En los tumores, este mecanismo es utilizado para estimular la formación de vasos sanguíneos y para modificar el metabolismo y hacer más efectiva la proliferación de células cancerosas.

Actualmente hay esfuerzos intensos en los laboratorios académicos y en las compañías farmacéuticas para desarrollar fármacos que puedan interferir con el desarrollo de diversas enfermedades activando o bloqueando este mecanismo de regulación de oxígeno.

Fuente: The Nobel Prize

Redacción:  Naix’ieli Castillo, Ciencia UNAM.

Mira aquí las palabras de uno de los galardonados con este premio.