Аутофагія важлива для правильного функціонування клітин, боротьби з вірусами та бактеріями або під час розвитку ембріона. Його порушення призводять до хвороби Паркінсона, епілепсії, діабету або раку.
Цього року 273 вчені з усього світу висунули кандидатури на Нобелівську премію з фізіології та медицини. Серед них найпрестижнішу наукову нагороду отримав 71-річний японець Йосінорі Осумі за "роз'яснення механізму аутофагії".
Автофагія відбувається в кожній нашій клітині. Це насправді процес «самозаковтування», коли клітини руйнують і переробляють непотрібні або небажані клітинні компоненти, такі як пошкоджені білки, віруси та бактерії.
Явище аутофагії відомо більше 50 років. Однак його значення у клітинній фізіології та медицині почали досліджувати лише після 1992 року, коли Осумі та його колеги написали статтю, що описує механізм аутофагії.
Транспортна система
У клітинах тварин процес аутофагії відбувається в так званих лізосомах, тобто клітинних органелах, які можуть розщеплювати всі біомолекули: цукри, жири та білки. Їм уже було присуджено Нобелівську премію за відкриття лізосоми, а Крістіану де Дюву було присуджено в 1974 році.
Щоб вантаж (біомолекули, віруси та бактерії) потрапляв до лізосоми, у клітині повинна бути якась складна транспортна система. Він працює, створюючи пухирець - переносний мембранний пакет, який спочатку оточує його навантаження, а згодом закриває.
Везикула з навантаженням всередині називається аутофагосомою і здатна асоціюватися з лізосомою, в якій деградуючі ферменти виконують свою роботу.
Однак сам механізм аутофагії не досліджувався, поки Осумі не створив дослідницьку групу в 1988 році.
Про дріжджі та людей
Осумі проводив початкові експерименти на дріжджах, таких як ми використовуємо у випічці або виробництві пива. Дріжджі часто служать взірцем організму, особливо завдяки простоті, швидкому зростанню та можливості введення мутацій.
Вони також містять спеціальні клітинні органели, які називаються вакуолями (подібними до лізосом клітин тварин). Щоб спостерігати за ними під мікроскопом і довести, що в них також має місце аутофагія, Осумі довелося розвивати мутантні дріжджі, в яких він блокував обробку аутофагосом.
Вони почали накопичуватися всередині вакуолей, тому побачили їх під мікроскопом.
Дріжджі містять вакуолі, органели, подібні до наших лізосом (праворуч). Якщо вони блокували можливість переробки в них аутофагосом, вони починали накопичуватися у вакуолях, що дозволяло спостерігати за ними безпосередньо під мікроскопом (в центрі). Потім Осумі дослідив тисячі різних дріжджових мутантів (праворуч, чашки Петрі, повні дріжджових культур), в яких він ідентифікував 15 генів. Фото - nobelprize.org
Подальші дослідження виявили 15 генів, відповідальних за спрацьовування та регуляцію аутофагії. Вони кодують цілий каскад різних контрольних білків і білкових комплексів, кожен з яких впливає на деякі стадії формування аутофагосом.
Фото Йошинорі Осумі - Захворів. Ніклас Елмехед/Nobel Media 2016.
"(Осумі) - дуже скромний генетик, який змінив цілу наукову область. Він був зацікавлений у дивному метаболічному шляху, що призвів до дуже важливого шляху в медицині ", - сказала Шарон Туз, біолог з Лондонського інституту Фрасіса Криска, на премії.
"Йосінорі Осумі дуже відомий в Японії, особливо в науковому співтоваристві. Студенти вже дізнаються про нього та його дослідження на рівні бакалавра ", - сказав Деннік Н., докторант з Японії Ясунорі Окамото.
Значення в медицині
Дослідження автофагії та процесів, пов’язаних з нею, почали значно прогресувати після перших публікацій Осума. Сьогодні, наприклад, ми вже знаємо, що процес аутофагії забезпечує матеріал для ремонту клітинних компонентів та їх переробки.
Це важлива реакція клітини на різні стресові подразники з навколишнього середовища, такі як нестача поживних речовин або зараження вірусами та бактеріями.
Автофагія допомагає диференціюванню клітин та розвитку ембріонів. Крім того, це один з основних механізмів, пов'язаних зі старінням.
Якщо механізми аутофагії в клітині пошкоджені, можуть розвинутися різні захворювання, такі як діабет, хвороба Паркінсона, епілепсія, різні генетичні порушення або навіть рак.
Автофагія в медицині. Цей механізм важливий для забезпечення належного функціонування клітин під час розвитку ембріона, а також для боротьби з вірусами та бактеріями. Його порушення призводять до нейродегенеративних захворювань або раку. Фото - nobelprize.org
Завдяки вивченню Осумом процесів, пов’язаних з аутофагією, інтерес наукової спільноти до цього питання значно зріс. На сьогоднішній день автофагія стала однією з найбільш вивчених сфер біомедицини, що можна побачити у значному збільшенні кількості публікацій, особливо з 2000 року.
Тиждень Нобелівської премії традиційно розпочинався з Нобелівської премії фізіологія або медицина. Цього року Йосінорі Осумі взяв її за 23-ту нагороджену японку.
До 2015 року 106 з них були нагороджені, з них 38 лише одному лауреату. До минулого року 12 жінок отримували приз за фізіологію чи медицину.
Наймолодшим переможцем став Фредерік Г. Бантінг, який був нагороджений відкриттям інсуліну в 1923 році. Тоді йому було 32 роки. Навпаки, найстарішим був Пейтон Рус, який у 1966 році у віці 87 років отримав нагороду за відкриття пухлинних вірусів. Середній вік лауреата Нобелівської премії з фізіології та медицини - 58 років.
Торік вони високо оцінили дослідження так званих "занедбаних тропічних хвороб". Його забрали китайський Джуджу Туова за відкриття Артемізиніну, препарату від малярії, і подружжя Вільям К. Кемпбелл та Сатоші Омура для спільних досліджень у лікуванні онхоцеркозу (річкової сліпоти) та філяріатозу.