Nobel per la Medicina ai sensori cellulari per l'ossigeno

Due americani e un britannico sono i vincitori del Nobel per la Medicina e la Fisiologia 2019 con i loro sensori cellulari per l’ossigeno.

William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe e Gregg L. Semenza, infatti, hanno ricevuto congiuntamente l’ambito premio «per le loro scoperte su come le cellule percepiscono e si adattano alla disponibilità di ossigeno».

Gli scienziati partono da un’osservazione semplice ma inconfutabile: gli animali hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere, per convertire il cibo in energia. Le cellule sono in grado di adattarsi ai livelli di ossigeno ma il meccanismo dietro questo processo è rimasto per molto tempo un mistero, nonostante fosse ben chiaro il ruolo fondamentale dell’ossigeno nei processi vitali. I tre hanno scoperto come le cellule percepiscono il cambiamento della disponibilità di ossigeno e riescono ad adattarvisi, facendo così luce su uno dei processi adattivi essenziali della vita.

Semenza ha studiato il gene dell’eritropoietina (EPO) e come questo sia regolato dai vari livelli di ossigeno. Ha dimostrato il coinvolgimento del gene EPO nella risposta all’ipossia (mancanza di ossigeno nei tessuti) e ha scoperto oltretutto un complesso proteico che si lega al segmento di DNA in maniera dipendente dai livelli di ossigeno, chiamandolo fattore inducibile dall’ipossia (HIF).

Sir Peter Ratcliffe ha studiato anch’egli la regolazione del gene EPO in relazione all’ossigeno. Entrambi i gruppi di ricerca hanno scoperto che il meccanismo molecolare che funziona da sensore per l’ossigeno è presente praticamente in tutti i tessuti.

William G. Kaelin Jr ha dimostrato, invece, che nelle cellule tumorali si osserva un fenomeno di attivazione di geni legati all’ipossia quando un gene particolare, il gene VHL, smette di funzionare e quando viene ripristinato con la regolazione di questo sistema che torna alla normalità. Questo è stato un indizio importante, dimostrando che VHL è coinvolto nel controllo delle risposte all’ipossia. Successivamente Kaelin e il suo gruppo di ricerca hanno anche dimostrato che VHL può interagire fisicamente con HIF.

La capacità di rilevare la quantità di ossigeno disponibile è alla base di moltissimi processi fisiologici, permettendo alle cellule di adattare il loro metabolismo in condizioni di stress (es. un intenso esercizio fisico). Un altro esempio di processo adattivo controllato da rilevazioni d’ossigeno è la generazione di nuovi vasi sanguigni e la produzione di globuli rossi. Anche il nostro sistema immunitario e la formazione di vasi sanguigni e della placenta durante lo sviluppo fetale sono regolati dai sensori cellulari per l’ossigeno.

Questo meccanismo è cruciale in molte patologie. I pazienti con insufficienza renale soffrono spesso di gravi forme di anemia, dovute alla scarsa espressione di eritropoietina, ormone prodotto dalle cellule renali che regola la produzione di globuli bianchi da parte del midollo osseo.

La macchina cellulare regola-ossigeno ha, poi, un ruolo chiave nel cancro. I tumori, infatti, la sfruttano per stimolare la formazione di nuovi vasi sanguigni (angiogenesi) che servono per nutrire e far crescere la neoplasia. Insomma, la usano a proprio vantaggio per rimodellare il metabolismo delle cellule cancerogene in modo da proliferare più efficacemente.

Grazie agli esperimenti in parte già in atto in molti laboratori scientifici, sarà possibile sviluppare farmaci in grado di interferire con i diversi stati patologici, accendendo o spegnendo l’interruttore di rilevamento dell’ossigeno in modo da favorire o bloccare l’afflusso cellulare in funzione di ciò che si vuole ottenere per la terapia. Questa prospettiva consentirà di ottenere risultati migliori di quelli attuali contro gravi malattie come cancro, infarto cardiaco, insufficienza renale, ictus.

Non è la prima volta che il rapporto cellule-ossigeno è oggetto di un Nobel. Ciò è avvenuto nel 1931, quando il tedesco Otto Warburg ha svelato il processo enzimatico alla base della trasformazione del cibo in energia nei mitocondri (le “centrali energetiche” cellulari) e nel 1938 quando il premio è andato al belga Corneille Jean François Heymans che ha compreso che il corpo carotideo, un organo-recettore localizzato nel collo, regola la frequenza respiratoria, captando la concentrazione di ossigeno nel sangue e dialogando direttamente con il cervello. Ci sono voluti anni affinché Semenza, Ratcliffe e Kaelin entrassero in scena.

Ma chi sono i tre studiosi vincitori del Nobel per la Medicina e la Fisiologia con i sensori cellulari per l’ossigeno? Kaelin, 62enne, è nato a New York nel 1957 e dopo studi nella Duke University, si è specializzato in Medicina Interna e Oncologia nella Johns Hopkins University. Dal 2002 insegna ad Harvard.

Sir Peter J. Ratcliffe, 65 anni, è nato a Lancashire, in Gran Bretagna, nel 1954. Ha studiato a Cambridge, specializzandosi in Nefrologia a Oxford, università in cui ha dato vita ad un gruppo di ricerca, ottenendo la cattedra di insegnamento nel 1996. Attualmente dirige il Centro per la Ricerca Clinica dell’Istituto Francis Crick di Londra ed è membro dell’Istituto Ludwig per la Ricerca sul Cancro.

L’americano Gregg L. Semenza, 63 anni, è nato a New York nel 1956 ed ha studiato Biologia ad Harvard e poi nell’Università di Pennsylvania. Si è specializzato in Pediatria nella Duke University e dal 1999 insegna nella Johns Hopkins University dove, dal 2003, dirige il Programma sulla Ricerca Vascolare.