Η εμφάνιση της πολυκυτταρικής ζωής έγινε δυνατή με την οξυγονωμένη ατμόσφαιρα στη Γη. Αυτό έδωσε τη δυνατότητα στο οξυγόνο να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας που απαιτείται η υποστήριξη των σύνθετων λειτουργιών ζωής.
Λαμβάνοντας υπόψη την απαίτηση του οξυγόνου για τη ζωή, σχεδόν όλοι οι οργανισμοί εξελίχθηκαν αποκτώντας έναν μηχανισμό για μια γρήγορη ανταπόκριση στο χαμηλό οξυγόνο -μια κατάσταση που ονομάζεται υποξία. Το βραβείο Νόμπελ στη Φυσιολογία ή την Ιατρική απονεμήθηκε το 2019 για ανακαλύψεις σχετικά με το πώς τα κύτταρα στο σώμα μας αισθάνονται τα χαμηλά επίπεδα οξυγόνου και ανταποκρίνονται στο να παραμείνουν ζωντανά.
Στον πυρήνα αυτής της αρχαίας απόκρισης βρίσκονται πρωτεΐνες που ονομάζονται παράγοντες προκαλούμενοι από υποξία (HIF: hypoxia-inducible factors), οι οποίες καθοδηγούν τα κύτταρα να ελαχιστοποιήσουν την κατανάλωση οξυγόνου και να μεγιστοποιήσουν την πρόσβασή τους σ’ αυτό. Οι HIF μπορούν να θεωρηθούν ως οι ήρωες που προσπαθούν να προστατεύσουν και να αναζωογονήσουν τα κύτταρα μπροστά την επείγουσα κατάσταση της υποξίας.
Η παρατεταμένη υποξία προκαλεί δυσλειτουργία σε πολλούς ιστούς. Συγκεκριμένα, τα βλαστικά κύτταρα στον εγκέφαλο επηρεάζονται από την υποξία σε πολλές ασθένειες, όπως το εγκεφαλικό επεισόδιο, η εγκεφαλική παράλυση που σχετίζεται με πρόωρη γέννηση, τα σύνδρομα αναπνευστικής δυσχέρειας, η σκλήρυνση κατά πλάκας και η αγγειακή άνοια. Ακόμη και η σημαντική νευρολογική βλάβη που προκαλείται από το COVID-19 αποδίδεται στην υποξία.
Η σκοτεινή πλευρά της απόκρισης υποξίας
Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση για να μελετήσουν πώς λειτουργούν οι πρωτεΐνες που βοηθούν απέναντι στην υποξία.
Συγκρίνοντας πώς λειτουργούν τα βλαστοκύτταρα του εγκεφάλου και άλλοι ιστοί, όπως η καρδιά και το δέρμα, οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν ότι οι πρωτεΐνες που ανταποκρίνονται στην υποξία έχουν ευεργετική λειτουργία για την επιβίωση των κυττάρων σε συνθήκες χαμηλού οξυγόνου σε όλους τους ιστούς.
Ωστόσο, αυτές οι ίδιες πρωτεΐνες που ανταποκρίθηκαν στην υποξία είχαν μια προηγουμένως μη εκτιμώμενη σκοτεινή πλευρά, καθώς ενεργοποίησαν επίσης άλλες κυτταρικές διεργασίες εκτός της βασικής ευεργετικής απόκρισης.
Η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι αυτή η πρόσθετη -και προηγουμένως άγνωστη- απόκριση ήταν που εξασθένισε τη λειτουργία των εγκεφαλικών βλαστικών κυττάρων. Αυτό υποδηλώνει ότι, ενώ οι πρωτεΐνες που ανταποκρίνονται στην υποξία εξελίχθηκαν για να προωθήσουν την επιβίωση των κυττάρων σε όλους τους ιστούς του σώματος σε συνθήκες χαμηλού οξυγόνου, τα αποτελέσματά τους μπορούν επίσης να έχουν ακούσιες συνέπειες στη διαταραχή της λειτουργίας των κυττάρων.
Νέες ευκαιρίες για τη θεραπεία της βλάβης της υποξίας
Οι συγγραφείς δοκίμασαν χιλιάδες φάρμακα προσπαθώντας να αποκαταστήσουν τη λειτουργία των βλαστοκυττάρων του εγκεφάλου για να ξεπεράσουν τις βλαβερές συνέπειες λόγω των HIF. Και ανακάλυψαν μια ομάδα φαρμάκων που ξεπερνά την αντίδραση που προκαλεί βλάβες, αφήνοντας ανέπαφη την ευεργετική αντίδραση.
“Μία από τις συναρπαστικές οδούς που απορρέει από αυτό το έργο είναι ο εντοπισμός φαρμάκων που στοχεύουν την καταστροφική πλευρά της απόκρισης στην υποξία, ενώ παράλληλα δεν επηρεάζουν την ευεργετική πλευρά”, δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Kevin Allan, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Case Western Reserve University School of Medicine. “Αυτό προσφέρει μια νέα προοπτική για την καταπολέμηση της βλάβης των ιστών λόγω της υποξίας”.
Το αν η βλαβερή πλευρά της απόκρισης στην υποξία είναι μια απρόβλεπτη παθολογική επίδραση ή μια προηγουμένως μη ανακαλυφθείσα φυσιολογική διαδικασία που πάει στραβά σε ασθένειες, παραμένει άγνωστο. Η μελέτη πάντως ανοίγει την πόρτα σε έναν νέο τρόπο σκέψης για το πώς τα κύτταρα αποκρίνονται στο χαμηλό οξυγόνο και πώς επηρεάζεται η υγεία και οι ασθένειες.
Οι HIF προστατεύουν αρχικά τα εγκεφαλικά κύτταρα από το χαμηλό οξυγόνο όπως αναμενόταν, αλλά η παρατεταμένη δραστηριότητά τους οδηγεί σε ακούσια παράπλευρη βλάβη της λειτουργίας των εγκεφαλικών κυττάρων.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Cell Stem Cell.
