2016 წლის ნობელის პრემია მედიცინაში ავტოფაგიის კვლევებისთვის იოშინორი ოსუმის მიენიჭა
ამ სტატიაში
ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა ან მედიცინაში ნობელის ფონდის მიერ ამ სფეროებში განსაკუთრებული აღმოჩენებისთვის ყოველწლიურად გაცემული ჯილდოა. ალფრედ ნობელის 1895 წლის ანდერძით, 1901 წლიდან მეცნიერთა გამორჩეული წვლილისთვის დაწესებული ხუთი ნობელის პრემიიდან ერთ-ერთია, ქიმიის, ფიზიკის, ლიტერატურისა და მშვიდობის პრემიებთან ერთად. თითოეულ ლაურეატს მედალი, დიპლომი და ყოველწლიურად ცვალებადი თანხა 10 დეკემბერს, ნობელის გარდაცვალების წლისთავზე გადაეცემა.
2016 წლის ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა ან მედიცინაში მიენიჭა იაპონელ მეცნიერს იოშინორი ოსუმის, რომელმაც აღმოაჩინა და ახსნა ავტოფაგიის — უჯრედული კომპონენტების დაშლისა და გადამუშავების ძირითადი პროცესის — მექანიზმები.
ავტოფაგია (ავტოფაგოციტოზი) შედგება ბერძნული სიტყვებისგან autóphagos — „საკუთარი თავის ჭამა“ და kýtos — „ღრუ“. 60-იან წლებში გაჩენილი ეს ცნება პირველად დაკვირვებისას აღწერდა, როგორ წარმოქმნიდა უჯრედი ლიზოსომებად წოდებულ ტომრის მსგავს ბუშტუკებს, საკუთარი შიგთავსი დაშლისთვის გადამამუშავებელ განყოფილებაში გადაჰქონდა და ანადგურებდა.
90-იანი წლების დასაწყისამდე, სანამ იოშინორი ოსუმიმ პურის საფუარზე ბრწყინვალე ექსპერიმენტებით ავტოფაგიის აუცილებელი ძირითადი გენები არ გამოავლინა, ამ რთული ფენომენის შესახებ ცოტა რამ იცოდნენ. შემდეგ იოშინორი საფუარში ავტოფაგიის მექანიზმებს ნათელს მოჰფენდა და აჩვენებდა, რომ მსგავსი რთული სისტემა ჩვენს უჯრედებშიც გამოიყენება.
ოსუმის აღმოჩენებმა უჯრედის შიგთავსის გადამუშავების გაგების ახალი მიდგომა მოგვცა. მათ დაგვანახა ავტოფაგიის ძირითადი მნიშვნელობა მრავალ სასიცოცხლო პროცესში, მაგალითად შიმშილთან შეგუებასა და ინფექციაზე პასუხში. ავტოფაგიის გენების მუტაციები (გენური ცვლილებები) კიბოს და ნევროლოგიური დაავადებების ჩათვლით, ავტოფაგიურ პროცესებთან დაკავშირებულ მრავალ დაავადებას იწვევს.
„დაშლა“ – ყველა ცოცხალი უჯრედის ცენტრალური ფუნქცია
1950-იანი წლების შუაში მეცნიერებმა ახალი უჯრედული განყოფილება აღმოაჩინეს, რომელიც ნახშირწყლების, ცილებისა და ცხიმების მომნელებელ ფერმენტებს შეიცავდა. ლიზოსომად ცნობილი ეს სპეციალური განყოფილება უჯრედული კომპონენტების დაშლის სადგურად მუშაობს. 1960-იან წლებში შენიშნეს, რომ ლიზოსომებში დიდი რაოდენობით უჯრედული კომპონენტი და ზოგჯერ კონკრეტული ფუნქციის მქონე მთლიანი უჯრედული ერთეულიც შეიძლება ყოფილიყო.
აღმოჩნდა, რომ უჯრედებში ლიზოსომამდე გადასატანად დიდი ტვირთის გადაზიდვის მეთოდი არსებობს. ხანგრძლივი ბიოქიმიური და მიკროსკოპული ანალიზებით გამოვლინდა ახალი ტიპის ბუშტუკი, რომელიც დაშლისთვის უჯრედულ ტვირთს ლიზოსომამდე მიიტანს. ამ ახალ ბუშტუკს ავტოფაგოსომა ეწოდება.
1970 და 1980 წლების კვლევებში ყურადღება დაზიანებული ცილების დასაშლელ სხვა სისტემაზე იყო მიმართული. პროტეასომად წოდებული მექანიზმის ამხსნელი კვლევის ავტორებს 2004 წლის ნობელის პრემია ქიმიაში მიენიჭათ. ამ სისტემით ცილები სათითაოდ იშლება, თუმცა ვერ აიხსნა, როგორ თავისუფლდება უჯრედი უფრო დიდი ცილოვანი კომპლექსებისა და გაცვეთილი ორგანელებისგან. ავტოფაგია ამ პროცესს ხსნის.
გარღვევის მომტანი ექსპერიმენტი
იოშინორი ოსუმი სხვადასხვა სფეროში მუშაობდა, მაგრამ 1988 წელს საკუთარ ლაბორატორიაში მუშაობის დაწყებისას ყურადღება გადაიტანა ცილების დამშლელ უჯრედულ ერთეულზე, რომელიც ადამიანის ლიზოსომას შეესაბამება. მან საფუარის უჯრედები აირჩია: მათი შესწავლა შედარებით მარტივი იყო და ადამიანის უჯრედების მოდელად ხშირად გამოიყენებოდა. ისინი განსაკუთრებით გამოსადეგია რთული უჯრედული პროცესების მნიშვნელოვანი გენების გამოსავლენად. თუმცა ოსუმისთვის ეს სირთულესაც ნიშნავდა: საფუარის უჯრედები პატარაა და შიდა სტრუქტურების მიკროსკოპით გარჩევა რთულია. ამიტომ დარწმუნებულიც არ იყო, არსებობდა თუ არა ამ ორგანიზმში ავტოფაგია. მან მოიფიქრა, აქტიური ავტოფაგიის დროს უჯრედულ ერთეულში დაშლის პროცესი შეეჩერებინა. ასე ავტოფაგოსომები შიგნით უნდა დაგროვილიყო და მიკროსკოპში ხილული გამხდარიყო. ამისთვის საფუარი ქიმიკატს დაუქვემდებარა და დაზიანებული გენებისა და დაშლის ფერმენტების დეფიციტის მქონე უჯრედების კულტურა შექმნა; პარალელურად შიმშილით ავტოფაგია გააქტიურა. შედეგები გასაოცარი იყო! რამდენიმე საათში უჯრედული ერთეული დაუშლელი პატარა ბუშტუკებით აივსო. ეს ავტოფაგოსომები იყო და ექსპერიმენტმა საფუარში ავტოფაგიის არსებობა დაამტკიცა. უფრო მნიშვნელოვანი კი ის იყო, რომ მან პროცესის საკვანძო გენების გამოსავლენი ახალი მეთოდი იპოვა და ამ დიდი გარღვევის შედეგები 1992 წელს გამოაქვეყნა.
ავტოფაგია – ჩვენი უჯრედების ძირითადი მექანიზმი
საფუარში ავტოფაგიის მექანიზმის დადგენის შემდეგ კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი კითხვა გაჩნდა: სხვა ორგანიზმებში ამ პროცესის მაკონტროლებელი შესაბამისი მექანიზმი თუ არსებობდა? მალე გაირკვა, რომ თითქმის იდენტური მექანიზმები ჩვენს უჯრედებშიც მუშაობს.
ოსუმის წყალობით ვიცით ავტოფაგიის მნიშვნელოვანი როლი სასიცოცხლო ფუნქციებში და უჯრედული კომპონენტების დაშლასა და გადამუშავებაში. ის უჯრედული კომპონენტების განახლებისთვის საჭირო სამშენებლო ერთეულებსა და ენერგიას სწრაფად უზრუნველყოფს. ამგვარად, შიმშილისა და სხვა სტიმულისას უჯრედული პასუხი მიიღება. ინფექციის შემდეგ ავტოფაგიას უჯრედშიდა ბაქტერიებისა და ვირუსების განადგურება შეუძლია. ავტოფაგია ემბრიონის განვითარებასა და უჯრედების დიფერენცირებას უწყობს ხელს. დაზიანებული ცილებისა და ორგანელების მოცილებით უჯრედები ასაკის უარყოფითი შედეგების ასაცილებლად გადამწყვეტ მაკონტროლებელ მექანიზმსაც ახორციელებს.
ავტოფაგიის დარღვევისას კი პარკინსონის დაავადება, ტიპი 2 დიაბეტი და სხვა დარღვევები ხანდაზმულ ასაკში ჩნდება. ავტოფაგიის გენების დარღვევამ შეიძლება გენეტიკური დაავადებები გამოიწვიოს. ავტოფაგიური მექანიზმის დარღვევა ასევე კიბოსუკავშირდება. სხვადასხვა დაავადებაში ავტოფაგიის სამიზნე წამლების შემუშავება ბოლო დროის ინტენსიური კვლევის ერთ-ერთი თემაა.
მართალია, ავტოფაგია 50 წელზე მეტია ცნობილია, მაგრამ მისი ძირითადი სასიცოცხლო და სამედიცინო მნიშვნელობა 90-იან წლებში იოშინორი ოსუმის წარმოდგენების შემცვლელმა კვლევამ დაამკვიდრა.
ავტოფაგია და ოსტეოართრიტი
ავტოფაგია ასაკთან ერთად მცირდება, ასაკი კი ოსტეოართრიტის მთავარი მიზეზია. ავტოფაგიის როლი ამ დაავადების განვითარებაზე მოქმედებს. ავტოფაგიაში მონაწილე ცილები ასაკთან ერთად როგორც ადამიანის, ისე თაგვის სახსრის ხრტილში მცირდება. ხრტილის დაზიანებაც ამ ცილებს ამცირებს. ეს შედეგები აჩვენებს, რომ ავტოფაგია სახსრების დამცავი სისტემაა.
ავტოფაგია და კიბო
ავტოფაგიას კიბოს განვითარებაში დიდი მნიშვნელობა აქვს. მისი სიმსივნის დამთრგუნველი თვისება ადრეულ ეტაპზე ჩანს. კიბოს გამომწვევი ცილებისა თუ უჯრედული ელემენტების დაშლით დაზიანებული უჯრედები იშლება. თუმცა გვიან ეტაპზე კიბოს უჯრედი ავტოფაგიას „გადარჩენისთვის“ იყენებს. სხვაგვარად, მკურნალობით გამოწვეული მეტაბოლური და უჯრედული სტრესისგან თავის დასაღწევად ის დაზიანებულ ნაწილებს ავტოფაგიით ანადგურებს. ბოლო კვლევებში ავტოფაგია კიბოში მრავალწამლიანი რეზისტენტობის გამომწვევ ფაქტორებს შორისაც არის.
ავტოფაგია და პარკინსონის დაავადება
პარკინსონის დაავადება მკვდარ ტვინის უჯრედებსა და ღეროვან უჯრედებში ნერვული სისტემის ქსოვილების დარღვევითაა გამოწვეული. დაავადებაზე რამდენიმე გენეტიკური მუტაცია მოქმედებს. ამ გენების ფუნქციის დაკარგვა მიტოქონდრიების დაგროვებასა და ცილოვან შეჯგუფებას აზიანებს და უჯრედულ დარღვევას იწვევს. მიტოქონდრია პარკინსონის დაავადებას უკავშირდება. უცნობი წარმოშობის პარკინსონის დაავადება ჩვეულებრივ არაფუნქციური მიტოქონდრიებით, უჯრედული სტრესით, ავტოფაგიური ცვლილებებითა და ცილოვანი გროვებითაა გამოწვეული.
სხვა კვლევამ აჩვენა, რომ 2-4 დღის განმავლობაში მხოლოდ წყლის მიღებით განხორციელებულ გახანგრძლივებულ შიმშილს ჩვენი იმუნური სისტემის თავიდან გაშვება შეუძლია. პერიოდული შიმშილი ასევე ასტიმულირებდა მიძინებული ღეროვანი უჯრედების იმუნურ უჯრედებად გარდაქმნასა და ძველი/დაზიანებული უჯრედების გაწმენდას. შიმშილის მსგავსი სტიმულების გამო ავტოფაგიის გააქტიურების გათვალისწინებით, მარხვის იმიტაციის მქონე კალორიული შეზღუდვაკიბოს, დიაბეტისა და გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების მთელი რიგი რისკფაქტორების შემცირებით უფრო ჯანსაღი ცხოვრების შესაძლებლობას იძლევა; ამასთან ხაზს ვუსვამთ ავტოფაგიის მნიშვნელობას ასაკის უარყოფითი ეფექტების პრევენციაში.
წყაროები
2. Takeshige, K., Baba, M., Tsuboi, S., Noda, T. and Ohsumi, Y. (1992). Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. Journal of Cell Biology 119, 301-311
3. Ichimura, Y., Kirisako T., Takao, T., Satomi, Y., Shimonishi, Y., Ishihara, N., Mizushima, N., Tanida, I., Kominami, E., Ohsumi, M., Noda, T. and Ohsumi, Y. (2000). A ubiquitin-like system mediates protein lipidation. Nature, 408, 488-492
4. Tsukada, M. and Ohsumi, Y. (1993). Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cervisiae. FEBS Letters 333, 169-174
5. Mizushima, N., Noda, T., Yoshimori, T., Tanaka, Y., Ishii, T., George, M.D., Klionsky, D.J., Ohsumi, M. and Ohsumi, Y. (1998). A protein conjugation system essential for autophagy. Nature 395, 395-398
6. Cell Stem Cell. 2014 Jun 5;14(6):810-823. doi: 10.1016/j.stem.2014.04.014.
Prolonged Fasting Reduces IGF-1/PKA to Promote Hematopoietic-Stem-Cell-Based Regeneration and Reverse Immunosuppression. Cheng CW1, Adams GB2, Perin L3, Wei M1, Zhou X2, Lam BS2, Da Sacco S3, Mirisola M4, Quinn DI5, Dorff TB5, Kopchick JJ6, Longo VD7.
ეს სტატია სასარგებლო იყო თქვენთვის?
თქვენი გამოხმაურება გვეხმარება შინაარსის გაუმჯობესებაში.
მკითხველთა კომენტარები
გაგვიზიარეთ თქვენი კომენტარი
თქვენი სახელი და კომენტარი მხოლოდ ადმინისტრატორის დამტკიცების შემდეგ გამოქვეყნდება. ელფოსტის მისამართი ვიზიტორებს არასოდეს ეჩვენებათ.
პირველმა დაწერეთ კომენტარი.