Нобелевская премия по медицине 2016 года присуждена Ёсинори Осуми за исследования аутофагии

Нобелевскую премию по физиологии или медицине Нобелевский фонд ежегодно присуждает за выдающиеся открытия. Согласно завещанию Альфреда Нобеля 1895 года, с 1901 года ее вручают за выдающийся вклад наряду с премиями по химии, физике, литературе и миру — это одна из пяти Нобелевских премий. Каждый лауреат получает медаль, диплом и меняющуюся по годам денежную награду 10 декабря, в годовщину смерти Нобеля.

Нобелевской премии по физиологии или медицине 2016 года удостоен японский ученый Ёсинори Осуми, открывший и разъяснивший механизмы аутофагии — основного процесса разрушения и переработки клеточных компонентов.

Аутофагия (аутофагоцитоз) образована от греческих autóphagos «поедать себя» и kýtos «полость». Впервые наблюдая процесс в 60-е годы, исследователи увидели, как клетка образует мешкообразные пузырьки — лизосомы — и переносит свое содержимое в отдел переработки для разрушения.

До начала 90-х о труднообъяснимом необычном процессе знали мало, пока Осуми в серии блестящих опытов на пекарских дрожжах не определил основные необходимые гены. Затем он прояснил механизмы аутофагии у дрожжей и показал, что подобная сложная система используется и в наших клетках.

Открытия Осуми дали новый взгляд на переработку клеточного содержимого и позволили понять основное значение аутофагии во многих жизненных процессах, например адаптации к голоду и ответе на инфекцию. Мутации генов аутофагии (генные изменения) рак и неврологические заболевания, а также многие другие болезни, связанные с аутофагией, вызывают.

«Разрушение» — центральная функция всех живых клеток

В середине 1950-х ученые описали новый клеточный отдел с ферментами, переваривающими углеводы, белки и жиры. Лизосома — этот особый отдел служит станцией разрушения клеточных компонентов. К 1960-м обнаружили, что внутри лизосом может находиться большое количество компонентов и даже целый отдел клетки с определенной функцией.

Выяснилось существование крупной транспортной системы доставки к лизосомам. После длительных биохимических и микроскопических исследований выявили новый тип пузырька, несущего клеточный груз для разрушения в лизосомах. Его называют аутофагосомой.

В исследованиях 1970 и 1980 годов внимание уделялось другой системе разрушения поврежденных белков. Протеасома — за объяснение этого механизма исследователи получили Нобелевскую премию по химии 2004 года. Система разрушает белки по одному, но не объясняет избавление клетки от крупных белковых комплексов и изношенных органелл. Аутофагия объясняет этот процесс.

Прорывной эксперимент

Осуми работал в разных областях, но, начав в собственной лаборатории в 1988 году, сосредоточился на разрушающем белки клеточном отделе, соответствующем человеческой лизосоме. Он выбрал дрожжи: их относительно легко изучать и часто используют как модель клеток человека, особенно для выявления генов сложных процессов. Но это было трудно: дрожжевые клетки малы, их внутренние структуры нелегко различить под микроскопом. Он даже не был уверен, существует ли у них аутофагия. Осуми придумал прервать разрушение при активной аутофагии, чтобы аутофагосомы накапливались в отделе и становились видимыми. Для этого химическим воздействием создал культуру дрожжей с поврежденными генами и недостатком разрушающих ферментов и одновременно голоданием стимулировал аутофагию. Результаты поразили: за несколько часов отдел наполнился неразрушенными пузырьками — аутофагосомами. Опыт доказал аутофагию у дрожжей. Еще важнее, был найден метод определения ключевых генов. Результаты прорыва он опубликовал в 1992 году.

Аутофагия — основной механизм наших клеток

После определения механизма у дрожжей возник вопрос: есть ли подходящая система контроля процесса у других организмов? Вскоре выяснилось, что почти те же механизмы работают в наших клетках.

Благодаря Осуми мы знаем роль аутофагии в жизненных функциях, разрушении и переработке клеточных компонентов. Она быстро обеспечивает строительные блоки и энергию для обновления компонентов, создавая клеточный ответ на голод и другие стимулы. После инфекции она может уничтожать внутриклеточные бактерии и вирусы. Аутофагия развитию эмбриона и дифференцировке клеток способствует. Удаляя поврежденные белки и органеллы, клетки также выполняют критическую контрольную функцию предотвращения отрицательных последствий старения.

При нарушении аутофагии болезнь Паркинсона , диабет типа 2 — сахарный диабет и другие болезни возникают в старшем возрасте. Дефекты генов аутофагии могут вызывать генетические болезни. Нарушения механизма также с раксвязаны. Разработка лекарств, направленных на аутофагию при разных болезнях, — одна из активно исследуемых тем последних лет.

Хотя аутофагия известна более 50 лет, ее основное значение для жизни и медицины утвердилось благодаря меняющим представления исследованиям Осуми в 90-е годы.

Аутофагия и остеоартрит

Аутофагия уменьшается с возрастом, а возраст — главная причина остеоартрита. Ее роль влияет на развитие болезни. Участвующие белки с возрастом уменьшаются в суставном хряще людей и мышей, а также после повреждения хряща. Это указывает на защитную систему суставов.

Аутофагия и рак

Аутофагия очень важна для рака. На ранних стадиях она подавляет опухоль: разрушая вызывающие рак белки или элементы, удаляет поврежденные клетки. Но позднее раковая клетка использует ее для выживания — уничтожает поврежденные части, избавляясь от метаболического и клеточного стресса лечения. Последние исследования также относят аутофагию к факторам множественной лекарственной устойчивости.

Аутофагия и болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона связана с нарушениями нервной ткани в погибших клетках мозга и стволовых клетках. В ней участвуют несколько генетических мутаций. Утрата функций этих генов нарушает накопление митохондрий и агрегацию белков и вызывает клеточное повреждение. Митохондрии связаны с болезнью Паркинсона. При болезни неизвестного происхождения причиной обычно являются нефункциональные митохондрии, клеточный стресс, изменения аутофагии и белковые скопления.

В другом исследовании при употреблении только воды в течение 2-4 дней продолжительное голодание могло перезапускать иммунную систему. Периодические голодания также стимулировали превращение спящих стволовых клеток в иммунные и удаление старых/поврежденных клеток. Поскольку голод и подобные стимулы активируют аутофагию, ограничение калорий, имитирующее постможет обеспечить более здоровую жизнь, снижая ряд факторов риска рака, диабета и сердечно-сосудистых болезней. Мы подчеркиваем значение аутофагии для предотвращения отрицательных эффектов старения.