Công trình được vinh danh trong lễ trao giải Nobel Sinh lý và Y học năm 2019 liên quan đến một cơ chế đáp ứng có vai trò quan trọng hàng đầu của sự sống. Nhu cầu oxy để duy trì sự sống đã được thừa nhận từ thời kỳ khởi đầu của sinh học hiện đại; nhưng các cơ chế phân tử giải thích làm thế nào mà các tế bào có thể thích ứng với các biến đổi trong việc cung cấp oxy vẫn chưa được biết. Ba nhà khoa học William G. Kealin Jr- người Mỹ, Peter J. Ratcliffe- người Anh và Gregg L. Semenza- người Mỹ đã công bố những phát hiện của mình để giải thích cho câu hỏi trên. Phát hiện này đã đặt nền tảng cho những hiểu biết về cách mà hàm lượng oxy tác động đến chuyển hóa của tế bào cũng như chức năng sinh lý của nó. Phát hiện này cũng giúp mở ra những hướng nghiên cứu mới nhằm chống lại bệnh thiếu máu, ung thư và nhiều bệnh khác.

Chủ nhân của giải Nobel Y học 2019. Ảnh: The Nobel Prize

Từ những phát hiện độc lập đến phát hiện dành giải Nobel

 Các tế bào động vật trải qua những thay đổi cơ bản trong biểu hiện gen khi có sự thay đổi nồng độ oxy xung quanh chúng. Những thay đổi trong biểu hiện gen làm thay đổi quá trình chuyển hóa của tế bào, tác động đến mô và thậm chí là các phản ứng ở cấp độ cơ quan như tăng nhịp tim và thông khí ở phổi.

Trong các nghiên cứu vào đầu năm 1990, Gregg L. Semenza đã xác định được một nhân tố phiên mã điều hòa các đáp ứng phụ thuộc oxy của tế bào và sau đó vào năm 1995 ông đã được tinh sạch được yếu tố phiên mã này. Gregg L. Semanza đã đặt tên cho yếu tố này là HIF (Hypoxia inducible factor) bao gồm hai thành phần trong đó có một tiểu phần (ARNT) được tạo ra từ một gen biểu hiện liên tục và không được điều hòa bởi nồng độ oxy.

         William Kealin và J.Ratcliffe vào năm 1995 đã tham gia vào nghiên cứu về gen ức chế khối u Von Hippel- Lindau (VHL). Sau khi phân lập tách dòng đầy đủ gen này, họ đã phát hiện gen này có thể ngăn chặn sự phát triển khối u trong các dòng tế bào ung thư đột biến VHL. Năm 1999 Ratcliffe đã chứng minh được rằng có một mối liên quan giữa VHL và HIF- 1 alpha. VHL đã điều hòa sau dịch mã để làm mất tính nhạy cảm với oxy của HIF- 1 alpha. Cuối cùng, các nhóm nghiên cứu của 2 ông đồng thời cho thấy sự điều hòa HIF- 1 alpha bởi VHL phụ thuộc vào quá trình hydroxyl hóa HIF 1- alpha, một quá trình chỉnh sửa cộng hóa trị vốn dĩ phụ thuộc vào oxy.

Sự kết hợp các phát hiện trong nghiên cứu của ba nhà khoa học đã chứng minh rằng đáp ứng bằng biểu hiện gen đối với sự thay đổi oxy là có liên quan trực tiếp với nồng độ oxy thông qua hoạt động của yếu tố phiên mã HIF.

Hình ảnh cơ chế thay đổi oxy có liên quan trực tiếp với nồng độ oxy qua hoạt động của yếu tố phiên mã HIF (Nguồn:The Nobel Prize)

Cơ chế cụ thể tóm tắt như sau: Ở mức nồng độ oxy thấp (hypoxia), HIF-1α ko bị phân biến, chúng liên kết với protein ARNT gắn vào đoạn ADN trên gene (1). Ở mức độ oxy bình thường, HIF-1α nhanh chóng phân biến (bị suy giảm nhanh chóng) bởi proteasome (2). Oxy trong tế bào điều chỉnh quá trình phân biến bằng nhóm hydroxit trên HIF-1α. VHL có vai trò nhận thấy nhóm OH gắn kết và đánh dấu cho cơ chế proteasomen (4).

Chia sẻ từ phía các chuyên gia về công trình nghiên cứu này

Nhà khoa học Andrew Murray tại đại học Cambridge chia sẻ: "Công trình của ba nhà khoa học và nhóm nghiên cứu đã mở ra con đường mới cho những hiểu biết tường tận hơn về những căn bệnh nan y phổ biến, cũng như tìm ra chiến lược mới để điều trị bệnh.”

Randall Johnson, thành viên Ủy ban Nobel nhận định công trình nghiên cứu qua nhiều năm này là một "phát hiện mang tính nền tảng", chúng có thể đưa vào sách giáo khoa môn sinh học và cần được cả thế giới biết đến.

Trong cơ thể, các tế bào ung thư thường phá hỏng khả năng đáp ứng oxy của tế bào khỏe mạnh, gây tăng sinh mạch máu nhằm giúp tế bào ung thư ngày một tiến triển. Bệnh nhân suy thận thường phải điều trị bằng hormon mỗi khi thiếu máu, tuy nhiên, nghiên cứu của ba nhà khoa học đạt giải Nobel sẽ chỉ ra các phương hướng điều trị hoàn toàn mới hơn, tiên tiến hơn.

"Nghiên cứu sinh học mang tính đột phá này giúp chúng ta hiểu biết hơn về cách mà cơ thể hoạt động, từ đó sống khỏe mạnh hơn. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn từ việc phục hồi tổn thương và bảo vệ cơ thể khỏi bệnh tật, cũng như cải thiện việc tập luyện", giáo sư Bridget Lumb, Chủ tịch Hiệp hội Sinh lý học (Anh) chia sẻ.

CLB Sinh học