Premio Nobel de Medicina 2019 para el estudio de la adaptación de las células al oxígeno disponible

William Kaelin, Peter Ratcliffe y Gregg Semenza comparten el galardón del certamen de 2019 por identificar los mecanismos moleculares que posibilitan la respuesta celular a la variabilidad de oxígeno. Este descubrimiento abre las puertas a tratamientos para combatir enfermedades como el cáncer.

Los ganadores del premio Nobel de Medicina 2019

Los ganadores del premio Nobel de Medicina 2019

Los ganadores del premio Nobel de Medicina 2019

William Kaelin, Peter Ratcliffe y Gregg Semenza han conseguido este año el premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento, en palabras del Instituto Karolinska de Solna, la institución que otorga el galardón, "cómo las células sienten y se adaptan al oxígeno disponible", un hallazgo que sienta las bases en nuevas estrategias prometedoras para combatir enfermedades, entre ellas la anemia o el cáncer.

Todos los animales necesitamos oxígeno para convertir el alimento en energía útil. La importancia de este elemento químico en nuestro organismo ha sido estudiado desde hace cientos de años, pero hasta la fecha seguía siendo un misterio descubrir hasta qué punto las células son capaces de adaptarse a una variación en los niveles que "absorbe" el organismo.

William G. Kaelin, Peter Ratcliffe y Gregg L. Semenza identificaron la maquinaria molecular que regula la actividad genética que a su vez posible que nuestras células, esto es, nuestro organismo, se 'autorregule' en función del oxígeno disponible.

La clave está en una proteína

La evolución nos ha dotado de mecanismos que nos permiten garantizar un un suministro de oxígeno suficiente para los tejidos y las células. El denominado cuerpo carotídeo, un conjunto de células situado en la parte del cuello alrededor de la arteria carótida, contiene células especializadas que detectan los niveles de oxígeno en la sangre. De hecho, Corneille Heymans, premio Nobel de Medicina en 1938, fue galardonado por sus descubrimientos sobre cómo el cuerpo carótido controla la frecuencia respiratoria comunicándose directamente con el cerebro.

Sin embargo, la comunidad científica sabía que, además del cuerpo carótido, existen otras adaptaciones fisiológicas que permiten al organismo adaptarse rápidamente a los bajos niveles de oxígeno (hipoxia): por ejemplo, el aumento de los niveles de la hormona eritropoyetina (EPO), responsable del incremento de la producción de glóbulos rojos. Desde principios del siglo XX ya se conocía la importancia del control hormonal de este proceso, pero hasta la fecha se desconocía el papel que el oxígeno tenía en su desarrollo.

Los científicos llegaron a una importante conclusión: los mecanismos responsables de la identificación del oxígeno estaban presentes en todos los tejidos, no solo en las células del riñón, donde se produce el EPO.

Así pues, uno de los premiados, Gregg Semenza se dedicó a estudiar los genes de la hormona EPO y cómo esta es regulada por la variación del oxígeno. A través de la modificación genética de los genes de un ratón, descubrieron fragmentos específicos de ADN que parecían mediar en la respuesta a la hipoxia. En un estudio posterior, otro de los ganadores, Peter Ratcliffe, estudió los genes que regulaban la dependencia de oxígeno. Los equipos de ambos científicos llegaron a una misma conclusión: los mecanismos responsables de la identificación del oxígeno están presentes en todos los tejidos, no solo en las células del riñón, donde se produce el EPO.

Semenza cultivó células del hígado y descubrió un complejo proteico que parecía estar relacionado con la función de estos segmentos de ADN. Llamó a este complejo "factor de inducción de hipoxia" (HIF por sus siglas en inglés), e identificó los genes responsables de su codificación. Sin embargo, todavía no sabían 'cómo' lo lograban.

La respuesta vino de una dirección inesperada. Casi al mismo tiempo que Semenza y Ratcliffe exploraban la regulación de los genes responsables de la producción de EPO, William Kaelin, Jr., experto en tratamientos contra el cáncer, estaba investigando un curioso síndrome hereditario, la enfermedad de von Hippel-Lindau (enfermedad de VHL), una dolencia genética caracterizada por el desarrollo de tumores en diferentes localizaciones. El científico se dio cuenta de que las células cancerosas que carecen de un determinado gen relacionado con la enfermedad de VHL expresan niveles anormalmente altos de genes reguladores de la hipoxia, mientras que cuando el gen de VHL se reintrodujo de nuevo en el tejido celular canceroso, volvieron a reestablecerse los niveles normales. El investigador encabezó una nueva línea de estudio que dio con un hallazgo sorprendente: los genes responsables de VHL interactuaban con el complejo proteico HIF.

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Cómo nos afecta el nivel de oxígeno

Gracias al trabajo innovador de estos tres científicos podemos saber mucho más sobre cómo los diferentes niveles de oxígeno regulan los procesos fisiológicos fundamentales. A través de la detección de oxígeno, las células adaptan su metabolismo cuando este escasea: por ejemplo, es lo que les sucede a nuestros músculos durante el ejercicio intenso. Otros ejemplos de procesos adaptativos controlados por la detección de oxígeno incluyen la generación de nuevos vasos sanguíneos y la producción de glóbulos rojos.

El proceso de detección de los niveles de oxígeno también afecta a sistema inmunológico y a muchas otras funciones fisiológicas. Incluso se ha demostrado que la detección de oxígeno es esencial durante el desarrollo fetal para controlar la formación normal de vasos sanguíneos y el desarrollo de placenta.

Un descubrimiento útil para combatir el cáncer

El estudio de estos complejos procesos puede ayudar al estudio y tratamiento de enfermedades muy dispares. Un ejemplo de ello es en el caso de insuficiencias renales crónicas, quienes a menudo sufren de anemia severa debido a la disminución de la producción de EPO. Otro caso es el cáncer pues en los tumores, la maquinaria que regula el oxígeno se utiliza para estimular la formación de vasos sanguíneos y remodelar el metabolismo para la proliferación efectiva de células cancerosas. Así pues, actuando sobre estos procesos, se podría interferir en los distintos estadios de la enfermedad.

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