Premiul Nobel pentru Medicină 2016 i-a fost acordat lui Yoshinori Ohsumi pentru cercetările despre autofagie

Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină este acordat anual de Fundația Nobel pentru descoperiri remarcabile în fiziologie sau medicină. În conformitate cu testamentul lui Alfred Nobel din 1895, este unul dintre cele cinci Premii Nobel, alături de chimie, fizică, literatură și pace, acordate din 1901 oamenilor de știință pentru contribuții deosebite în domeniile lor. Fiecare laureat primește o medalie, o diplomă și un premiu în bani, a cărui valoare variază de la un an la altul, la 10 decembrie, aniversarea morții lui Nobel.

Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină 2016 i-a fost acordat cercetătorului japonez Yoshinori Ohsumi, care a descoperit și elucidat mecanismele autofagiei, un proces fundamental de degradare și reciclare a componentelor celulare.

Autofagia sau autofagocitoza își are numele în combinația cuvintelor grecești autóphagos, „a se mânca pe sine”, și kýtos, „cavitate”. Când cercetătorii au observat pentru prima dată acest concept, apărut în anii 60, s-a constatat că celula formează vezicule asemănătoare unor săculeți, numite lizozomi, în care își poate transporta propriul conținut către compartimentul de reciclare, pentru a-l degrada și elimina.

Până la începutul anilor 90, când Yoshinori Ohsumi a identificat genele esențiale pentru autofagie printr-o serie de experimente strălucite pe drojdia de panificație, se știa puțin despre acest fenomen extraordinar, dificil de înțeles. Ulterior, Yoshinori avea să clarifice mecanismele autofagiei în drojdii și să arate că un mecanism complex similar este utilizat și în celulele noastre.

Descoperirile lui Ohsumi au adus o nouă abordare în înțelegerea reciclării conținutului celular. Ele ne-au permis să înțelegem importanța fundamentală a autofagiei în numeroase procese vitale, precum adaptarea la înfometare și răspunsul la infecții. Mutațiile, adică modificările genelor autofagiei, provoacă numeroase boli asociate proceselor autofagice, inclusiv cancer și boli neurologice.

„Degradarea” — o funcție centrală prezentă în toate celulele vii

La mijlocul anilor 1950, cercetătorii au identificat un nou compartiment celular care conține enzime ce digeră carbohidrații, proteinele și grăsimile. Lizozomul , cum este numit acest compartiment special al celulei, funcționează ca o stație de degradare a componentelor celulare. În anii 1960 s-a observat că în lizozomi se pot găsi cantități mari de componente celulare, uneori chiar un întreg compartiment celular cu o funcție specifică.

S-a constatat că există o metodă de transport al unor încărcături mari către lizozomi. În urma unor analize biochimice și microscopice îndelungate, a fost identificat un nou tip de veziculă care transportă încărcăturile celulare la lizozomi pentru degradare. Această nouă veziculă este numită autofagozom.

În cercetările din anii 1970 și 1980, atenția s-a concentrat asupra unui alt sistem folosit pentru degradarea proteinelor deteriorate. Proteazomul este numele mecanismului explicat de cercetătorii distinși cu Premiul Nobel pentru Chimie 2004. Conform acestor descoperiri, sistemul proteazomal degradează proteinele una câte una, dar nu explica felul în care celulele elimină complexe proteice mai mari și compartimente celulare uzate. Autofagia oferă o explicație acestui proces.

Experimentul revoluționar

Yoshinori Ohsumi activase în diverse domenii de cercetare, dar în 1988, când a început să lucreze în propriul laborator, s-a concentrat asupra unui compartiment celular care degradează proteinele și corespunde lizozomului din celulele umane. A ales celulele de drojdie, relativ ușor de studiat și folosite frecvent ca modele pentru celulele umane. Acestea erau deosebit de utile pentru identificarea genelor importante în procesele celulare complexe. Totuși, pentru Ohsumi aceasta însemna și o provocare: celulele de drojdie erau mici, iar structurile lor interne nu se distingeau ușor la microscop. Prin urmare, nu era sigur nici măcar dacă autofagia exista în acest organism. Ohsumi a avut ideea de a întrerupe degradarea în compartimentul celular în timp ce autofagia era activă. Astfel, autofagozomii ar fi trebuit să se acumuleze în compartiment și să devină vizibili la microscop. În acest scop, a expus celulele de drojdie la o substanță chimică și a creat o cultură cu gene afectate, lipsită de enzime de degradare; simultan, a stimulat autofagia prin înfometarea celulelor. Rezultatele au fost impresionante! În câteva ore, compartimentul celular s-a umplut cu mici vezicule nedegradate. Acestea erau autofagozomi, iar experimentul lui Ohsumi demonstrase existența autofagiei în celulele de drojdie. Mai important, el descoperise o nouă metodă de identificare a genelor cu rol esențial în acest proces și a publicat în 1992 rezultatele acestei descoperiri majore.

Autofagia — un mecanism fundamental al celulelor noastre

După identificarea mecanismului autofagiei în celulele de drojdie, a apărut o altă întrebare importantă: exista un mecanism corespunzător care să controleze acest proces și în alte organisme? Curând s-a constatat că mecanisme aproape identice funcționează și în celulele noastre.

Datorită lui Ohsumi, cunoaștem rolul important al autofagiei în funcțiile vitale și în degradarea și reciclarea componentelor celulare. Autofagia furnizează rapid energia și elementele de construcție necesare reînnoirii componentelor celulare. Astfel este posibil răspunsul celular la înfometare și la orice stimulare. După infecție, autofagia poate distruge bacterii și virusuri din interiorul celulei. Autofagia contribuie la dezvoltarea embrionului și la diferențierea celulară. Totodată, prin eliminarea proteinelor și a compartimentelor celulare deteriorate, celulele îndeplinesc o funcție critică de control pentru prevenirea efectelor negative ale îmbătrânirii.

Atunci când autofagia este întreruptă, boala Parkinson , precum și afecțiunea de Tip 2 numită diabet , alături de alte afecțiuni, apar la vârste înaintate. Defectele genelor autofagiei pot cauza boli genetice. Tulburările mecanismului autofagic sunt asociate și cu cancerul. Dezvoltarea medicamentelor care țintesc autofagia în diferite boli este, de asemenea, unul dintre domeniile intens cercetate în ultima perioadă.

Deși autofagia este cunoscută de peste 50 de ani, importanța sa fundamentală pentru viață și medicină a fost consacrată în anii 90 prin cercetările revoluționare ale lui Yoshinori Ohsumi.

Autofagia și osteoartrita

Autofagia scade odată cu înaintarea în vârstă, iar vârsta este principala cauză a osteoartritei. Rolul autofagiei influențează dezvoltarea acestei boli. Proteinele implicate în autofagie scad, odată cu vârsta, în cartilajul articular atât la oameni, cât și la șoareci. Totodată, leziunile cartilajului reduc proteinele autofagiei. Aceste rezultate arată că autofagia este un sistem de protecție al articulațiilor.

Autofagia și cancerul

Autofagia are o mare importanță în apariția cancerului. Efectul său de suprimare tumorală se manifestă în stadiile precoce. Prin degradarea proteinelor sau a elementelor celulare care favorizează cancerul sunt eliminate celulele deteriorate. În stadiile tardive însă, celula canceroasă folosește autofagia pentru a „trăi”. Cu alte cuvinte, pentru a scăpa de stresul metabolic și celular provocat de tratament, celula canceroasă își elimină prin autofagie componentele deteriorate. În plus, cercetările recente includ autofagia printre factorii care determină rezistența cancerului la mai multe medicamente.

Autofagia și boala Parkinson

Boala Parkinson este cauzată de tulburări ale țesutului sistemului nervos din celulele cerebrale moarte și din celulele stem. Mai multe mutații genetice contribuie la boală. Pierderea funcției acestor gene afectează acumularea mitocondriilor și agregarea proteinelor, provocând deteriorarea celulară. Mitocondriile sunt asociate cu boala Parkinson. În boala Parkinson de origine necunoscută, afecțiunea este în general legată de mitocondrii nefuncționale, stres celular, modificări autofagice și agregate proteice.

Un alt studiu a arătat că, în urma unei perioade de 2-4 zile în care se consumă numai apă, un post prelungit poate reporni sistemul imunitar. S-a arătat că perioadele de post pot declanșa transformarea celulelor stem latente în celule imunitare și eliminarea celor vechi sau deteriorate. Deoarece stimulii precum înfometarea activează autofagia, subliniem că restricția calorică ce imită postul poate oferi posibilitatea unei vieți mai sănătoase, reducând o serie de factori de risc pentru cancer, diabet și boli cardiovasculare, și atragem atenția asupra importanței mecanismului autofagiei în prevenirea efectelor negative ale îmbătrânirii.