Nobel Prize 2019

8 October, 2019

The Nobel Prize 2019 for physiology or medicine was yesterday awarded William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe and Gregg L. Semenza, who have focused on how cells works in different levels of oxygen. The research is not about diabetes, but has impact on treatment for a common complication of diabetes: chronic kidney disease (CKD).

 

SHORT BACKGROUND

All animal cells use oxygen from the air to turn food into energy, to survive. When we breathe, oxygen molecules are transported from the lungs to the blood vessels, bind to haemoglobin in the red blood cells, and the red blood cells carry oxygen to all cells. We have known this for decades, but how cells adapt to changes in levels of oxygen is newer knowledge.

There are two situations when our bodies have to adapt to oxygen levels: available oxygen can differ, for example at high altitude when less oxygen is available, causing hypoxia (1). Second, depending how active you are, your cells need to adjust the energy production, and the naturally the need for oxygen goes up and down. In a healthy individual this works perfectly fine of course. The part that sense the different oxygens levels in the blood are cells in the carotid body, near large blood vessels on both sides of the neck. This is also old knowledge, Nobel Prize site writes below “The 1938 Nobel Prize in Physiology or Medicine to Corneille Heymans awarded discoveries showing how blood oxygen sensing via the carotid body controls our respiratory rate by communicating directly with the brain.”

 

THE NOBEL PRIZE DISCOVERY

The three winners have showed more in detail how cells adapt to different levels of oxygen: When the body detects that less oxygen is present, the kidneys release a hormone called erythropoietin, or EPO (yes, you have heard that, in doping) which tells the body to make more red blood cells to carry more oxygen around. With other words: one response of hypoxia is the rise of EPO, which in turn increase the production of red blood cells.

Semenza and Ratcliffe found how this works more in detail. They found that a protein called hypoxia-inducible factor, or HIF, rises when there’s less oxygen around. HIF bonds DNA near the gene that produces EPO. More HIF protein around the EPO gene boosts the production of EPO, and tells the body to make more red blood cells. When oxygen levels are back on track, HIF drops and so are red blood cells. Kaelin´s work has been what role HIF would have in diseases, for various types of cancer and anemia. The latter is relevant for us with diabetes.

 

CKD

Chronic kidney disease (CKD) means your kidneys are damaged and can’t filter blood the way they should. The main risk factors for developing kidney disease are diabetes (both autoimmune diabetes/type 1 diabetes and type 2 diabetes), high blood pressure, heart disease, and a family history of kidney failure, 2.

 

ANEMIA

Anemia is the most common blood disorder in the world, estimated to affect ~25% of the worlds population (3). People with CKD often suffer from anemia due to decreased expression of EPO, which deprives the body of needed oxygen (4). It´s well established that people with diabetes develop anemia in earlier stages than people without diabetes, as well as more severe anemia. CKD is a terrible complication of diabetes, anything that could possibly improve the treatment is of course welcome.

The hope is that efforts manage to develop drugs that can interfere with different disease states by either activating, or blocking, the oxygen-sensing machinery. This is still early in the process, first drug, Rodaxustat, was approved in China in December, developed by AstraZeneca and Fibrogen. GlaxoSmithKline has filed an approval in Japan for Daprodustat, 5.

Comprehensive text about the winners 6.

 

INTERESTING FACT

To date, the youngest Nobel laureate in physiology or medicine is still Frederick Banting, who was 32 years old when he was awarded the prize 1923; 7, 8.

 

 

References:

  1. https://mesh.kib.ki.se/term/D000860/hypoxia
  2. https://www.niddk.nih.gov/health-information/kidney-disease/chronic-kidney-disease-ckd
  3. https://www.medicalnewstoday.com/articles/158800.php
  4. https://www.niddk.nih.gov/health-information/kidney-disease/anemia
  5. https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-10-07/kaelin-ratcliffe-and-semenza-win-2019-nobel-medicine-prize
  6. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2019/press-release
  7. https://www.nobelprize.org/prizes/facts/facts-on-the-nobel-prize-in-physiology-or-medicine/
  8. http://www.diabethics.com/science/97-years-since-first-patient-received-insulin/

 

 

Hans Jönsson
Scientific diabetes writer
Diabethics
https://www.facebook.com/diabethics
https://www.instagram.com/diabethics

 


 

Nobelpriset 2019 för fysiologi eller medicin tilldelades igår William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe and Gregg L. Semenza, som fokuserat på hur celler fungerar med olika nivåer av syre. Forskningen handlar inte primärt om diabetes, men påverkar i allra högsta grad behandlingen av en vanlig diabeteskomplikation: kronisk njursvikt.

 

KORT BAKGRUND

Alla celler hos djur använder syre från luften för att omvandla föda till energi, för att överleva. När vi andas transporteras syremolekyler från lungorna till blodkärlen, binder till hemoglobin i de röda blodkropparna, och dessa transporterar syret ut till cellerna. Det här har vi vetat i decennier, men hur celler anpassar sig efter tillgången på syre är nyare kunskap.

Det finns två situationer när våra kroppar måste anpassa sig efter syrenivåer: tillgången på syre kan skilja sig exempelvis på hög höjd, där nivån är lägre, vilket orsakar hypoxi, syrebrist (1). Den andra situationen bottnar i hur aktiv du är, där cellerna måste justera sin energiproduktion och således påverkas behovet av syre upp och ner. Hos en frisk människa fungerar detta naturligtvis ypperligt. Delen i kroppen som känner av syrenivåer i blodet är celler i karotiskroppen, nära halsens stora blodkärl, som kan känna av blodets syrenivåer och aktivera de nervbanor som styr vår andning. Det här är även det gammal kunskap, Nobelkommittén skriver nedan ” The 1938 Nobel Prize in Physiology or Medicine to Corneille Heymans awarded discoveries showing how blood oxygen sensing via the carotid body controls our respiratory rate by communicating directly with the brain.

 

UPPTÄCKTEN BAKOM NOBELPRISET

De tre vinnarna har visat mer i detalj hur celler anpassar sig till olika syrenivåer: när kroppen märker att mindre syre finns tillgängligt, så frisätter njurarna ett hormon kallat erytropoietin, eller EPO (japp, det EPO du hört talas om inom doping) som talat om för kroppen att producera fler röda blodkroppar för att transportera syre. Med andra ord: en effekt av hypoxi, syrebrist, är att EPO ökar, vilket alltså ökar produktionen av röda blodkroppar.

Semenza och Ratcliffe upptäckte hur detta fungerar mer i detalj. De fann att mängden av ett protein kallat HIF-1a, eller bara HIF, ökade när det fanns mindre syre tillgängligt. HIF binder till, och reglerar, EPO-genen. Mer HIF vid EPO-genen ökar produktionen av EPO, och påverkar kroppen att producera fler röda blodkroppar. När syrenivån är normal igen, så minskar HIF och därmed även de röda blodkropparna. Den tredje vinnarens arbete, Kaelin, har varit kring rollen HIF kan ha vid olika sjukdomar såsom olika typer av cancer och anemi, blodbrist. Det sistnämnda är relevant för oss med diabetes.

 

KRONISK NJURSVIKT

Kronisk njursvikt betyder att njurarna är skadade och inte filtrerar blod på det sätt de borde. De främsta riskfaktorerna för att utveckla njursvikt är diabetes (både autoimmun diabetes/typ 1 diabetes och typ 2 diabetes), högt blodtryck, hjärt- och kärlsjukdomar och det finns en viss ärftlighet, 2.

 

ANEMI

Anemi, blodbrist, är den vanligaste blodsjukdomen i världen, beräknat att drabba 25% av världens befolkning (3). Människor med kronisk njursvikt drabbas ofta av anemi på grund av minskad EPO-produktion, som med andra ord innebär mindre nybildning av röda blodkroppar (4). Det är även väletablerat att människor med diabetes utvecklar anemi i ett tidigare stadie av njursvikt liksom svårare anemi. Kronisk njursvikt är en fruktansvärd komplikation av diabetes med ytterst dåligt med alternativ för behandling, så allt som möjligen kan underlätta är mer än välkommet.

Hoppet nu är att utveckla läkemedel som kan påverka syreregleringen genom att antingen aktivera eller blockera maskineriet som känner av syrenivån, vid ett flertal olika sjukdomstillstånd. Detta är i sin linda än så länge, första läkemedlet, Rodaxustat, godkändes i Kina i december 2018, utvecklat av AstraZeneca and Fibrogen. GlaxoSmithKline har lämnat in en ansökan för godkännande i Japan av sitt läkemedel, Daprodustat, 5.

En ganska lång artikel från Nobelkommittén 6.

 

KURIOSA

Än idag är den yngsta mottagaren av Nobelpriset i fysiologi eller medicin Frederick Banting, som var 32 år när han fick priset 1923, för isolerandet av insulin; 7, 8.

 

 

Referenser:

  1. https://mesh.kib.ki.se/term/D000860/hypoxia
  2. https://www.internetmedicin.se/page.aspx?id=5931
  3. https://www.medicalnewstoday.com/articles/158800.php
  4. https://www.internetmedicin.se/page.aspx?id=1006
  5. https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-10-07/kaelin-ratcliffe-and-semenza-win-2019-nobel-medicine-prize
  6. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2019/60410-press-release-swedish/
  7. https://www.nobelprize.org/prizes/facts/facts-on-the-nobel-prize-in-physiology-or-medicine/
  8. http://www.diabethics.com/science/97-years-since-first-patient-received-insulin/

 

Hans Jönsson
Vetenskaplig diabetesskribent
Diabethics
https://www.facebook.com/diabethics
https://www.facebook.com/diabethicssverige/
https://www.instagram.com/diabethics

Autoimmune diabetes Typ 1 diabetes Typ 2 diabetes