Осень — время урожая, и свое заслуженное вознаграждение получил японский молекулярный биолог Ёсинори Осуми. Третьего октября 2016 года он получил Нобелевскую премия по физиологии и медицине за исследование механизмов аутофагии, которые он проводил с 1990-х годов. Что именно открыл ученый, и почему это так важно для каждого из нас — в обзоре .
Аутофагия и самоедство
Время жить и время умирать, и сложные клеточные организмы следуют этому кредо. Аутофагия — это способность клетки в нужный момент убивать себя по частям, уничтожая свои собственные органы, попросту переваривая саму себя изнутри. Это происходит не с какими-то специальными «плохими» клетками, а со всеми. Как раз наоборот, упрямые клетки, которые не хотят заниматься «самоедством», а лелеют свои органеллы, даже если они не особо хорошо работают, мы и назовем плохими — они становятся причиной злокачественных опухолей.А вот «приличные» клетки, которые внимательно следят за порядком в своем домашнем хозяйстве и регулярно избавляются от хлама, способствуют омоложению и продлению жизни целого организма.
Исследования на постном масле пекарских дрожжах
В теории, процесс аутофагии был понятен еще в 1970-х, и тогда же ученые смогли оценить важность внутриклеточной генеральной уборки. Заслуга Ёсинори Осуми состоит в том, что он детально изучил и описал этот процесс.Для своих испытаний японский ученый использовал пекарские дрожжи — эукариотический организм (клетки которого содержат ядро), процесс аутофагии в котором можно наблюдать в микроскоп. В результате различных экспериментов и генных модификации Ёсинори Осуми определил белки и гены, которые участвуют в аутофагии.
Один из них — ген TOR — регулирует запуск процесса аутофагии в зависимости от количества энергии для клеток (того самого аденозинтрифосфата, о котором мы писали вчера). Пока энергии много, TOR работает активно и удерживает клетки от самоедства. Как только запасы сил организма иссякают, белок выключается и передает пульт управления белкам группы APG, которые запускают аутофагию.
Аутофагия способствует омоложению и замедляет старение. Из этого следует, что стимуляция этого процесса в разумных пределах — ключ к долголетию. Один из простейших способов управления аутофагией — это снижение количества потребляемых калорий (небольшое голодание), которое блокирует сигнальный путь TOR.
Комментарий эксперта
Анча БарановаДоктор биологических наук, профессор Школы Системной Биологии George Mason University (США),
главный научный сотрудник Медико-Генетического Научного Центра РАМН,
Директор по науке
Аутофагия — один из фундаментальных процессов сохранения гомеостаза, реализующийся на уровне клетки.Таким способом клетка следит за тем, чтобы каждый ее компонент работал на полную катушку, а если что не так — под нож и в переплавку. Для примера возьмем митохондрии — их сотни в каждой клетке, и не все из них функционируют одинаково эффективно. Клетка постоянно тестирует свои «маленькие энергетические станции», и если КПД какой-то из них упадет, такая митохондрия будет быстро «разобрана» на составные элементы, то есть попросту переварена. Из оставшихся «строительных материалов» построят новую «станция», которая будет работать эффективно. Это своего рода естественный отбор на уровне клеточных органелл — кто не работает, тот будет съеден. В результате клетка постоянно работает над оптимизацией всех процессов.Слишком интенсивная аутофагия может привести к апоптозу — программируемой клеточной смерти: если клетка не может себя обновить, её съедят соседние клетки. И в этом нет ничего плохого — наоборот! Эффективное самообновление клеток — залог здоровья и долголетия.
Стимуляция аутофагии — один из способов терапевтического воздействия на организм. Аутофагию стимулирует метформин — препарат, который снижает устойчивость к действию инсулина, и потому незаменимый в терапии метаболического синдрома и диабета. Вместе с этим он помогает и другим системам организма, в частности, снижая вероятность злокачественной трансформации клеток.
Интересно, что молекулярные онкологи сейчас испытывают сразу два типа противораковых препаратов — стимуляторы аутофагии и ингибиторы (блокировщики) аутофагии. Высокий уровень аутофагии необходим для предотвращения развития опухолей, а вот если рак уже развился — аутофагию необходимо подавлять. Опухолевые клетки «научились» использовать это важный процесс обновления клетки для выработки устойчивости к химиотерапевтическим препаратам.
P.S. Видео в начале статьи — ролик 2013 года, подготовленный Университетом Мичигана. На экране — творческое восприятие процесса аутофагии, над созданием которого работали биологи, иллюстраторы, хореографы, танцоры и композиторы.
Хотя каждый может бесплатно воспользоваться этим оздоровительным методом. Да еще и сэкономить на продуктах
Фото: REUTERS
Изменить размер текста: A A
В октябре самую престижную научную премию планеты по физиологии и медицине получил японский ученый-биолог Ёсинори Осуми . За аутофагию.
Первая мысль была - а за что именно ему такая честь? Наверняка тайные властители мира Рокфеллеры подсуетились. Ведь Осуми некогда работал в их нью-йоркском Университете Рокфеллера. И стал 25-м лауреатом, связанным с этим медицинским заведением. Престиж! Для сравнения: на счету граждан России и СССР всего 20 «нобелей». Включая дореволюционных врачей Мечникова и Павлова , писателя Пастернака, политиков Горбачева и Сахарова , физика Алферова …
ЦЕЛЕБНОЕ САМОЕДСТВО
Термин «аутофагия» (греч. autos - «сам» и phagos - «пожирающий») придумал и ввел в оборот бельгийский биохимик Кристиан де Дюв, тоже будущий нобелевский лауреат, работавший в…Университете Рокфеллера. Еще в 1963 г. Осуми в тот год только стал студентом Токийского университета. Смысл аутофагии по де Дюву: клетка, оказывается, занимается самопожиранием, самоедством всякого накопившегося в ней «мусора» - продуктов жизнедеятельности, а также попавших извне бактерий, вирусов и прочих вредных веществ. Идет чистка, защита клетки и всего организма. Так что все придумали до Осуми.
Читаю октябрьский Нобелевского комитета по новоиспеченному лауреату- счастливчику. «Теперь мы знаем, что аутофагия контролирует важнейшие физиологические процессы, когда необходимо уничтожать и перерабатывать компоненты клетки. Аутофагия может быстро добыть топливо, необходимое для клеточного ответа на ГОЛОД (выделено мной - Е.Ч.) и другие виды стресса… устранить вторжение внутриклеточных бактерий и вирусов, способствует развитию эмбриона и дифференцированию клеток. Клетки также используют аутофагию для устранения поврежденных белков и органелл, что имеет решающее значение для противодействия негативным последствиям старения».
Подумаешь, открыли Америку ! Да лично я все это знал еще в 70-х годах прошлого века. Тогда в СССР было модно лечебное голодание. По стране ходила перепечатанная на машинке книжка американского натуропата Поля Брэгга «Чудо голодания». Хит «самиздата»! Старина Брэгг называл этот метод самым значительным открытием современного человечества. Круче реактивных самолетов, телевидения, водородной бомбы… Дескать, в Библии о нем упоминается 74 раза. Сам Христос голодал сорок дней! «При помощи лечебного голодания можно регенерировать себя умственно, физически и духовно. Голодая с помощью науки, человек отодвигает угрозу преждевременного старения, способен обрести исчезающую молодость. Организм очистится от накопленных токсинов и шлаков, которые даруют нам болезни и преждевременную старость.»
40 дней на одной воде!
Ладно, оптимист Брэгг был самоучкой, мог отсебятину сочинить. Но еще в 1973 г в СССР вышла книга доктора медицинских наук Юрия Николаева «Голодание ради здоровья». Тиражом 200 тысяч экземпляров. Ее перевели в Японии , Болгарии , других странах, были переиздания и на родине.
Это своеобразная научная энциклопедия лечебного голодания от древних времен до конца 20 века. Не только Христос и представители других религий отказывались от пищи ради духовного и физического оздоровления. В сочинениях и наставлениях учёных древнего Египта , Вавилона , Иудеи, Индии , Персии , Скандинавии , Китая , Тибета, Греции и Рима было немало гигиенических советов и описаний нелекарственного лечения. И на первом месте – голод!
Те же древние египтяне, «самые здоровые из смертных», по свидетельству историка Геродота, три дня в месяц голодали, очищая желудок с помощью рвотного и клизм. Знаменитый древнегреческий философ и математик Пифагор систематически держал строгий пост по 40 дней на одной воде. И требовал того же от своих учеников. Прожил величайший эллинский мудрец более 80 лет. До нашей еще эры. Прекрасный результат!
Философы Сократ и Платон также регулярно голодали по 10 суток, чтобы достигнуть высшей степени умственного развития. Отец медицины Гиппократ прописывал голодание больным. Подобных примеров давно минувших дней в книге Николаева немало. Байрон , Вольтер , Линней, Мильтон , Монтень, Ньютон, Руссо, Лев Толстой , Шиллер , Шоу... Особенно впечатляет история богатого венецианца Людвига Корнаро (1465-1566 гг.) В молодости он предавался всяким излишествам, обжорству, стал болеть. По совету лекаря пришлось регулярно голодать. Поначалу это было мукой. Но уже спустя год Корнаро исцелился от всех недугов, сам стал писать трактаты по правильному питанию, голоданию. Прожил сто лет!
ОПЕРАЦИЯ БЕЗ НОЖА!
Сам Николаев родился в семье строгих вегетарианцев. Родители дружили с Львом Толстым. Юра тоже гостил в Ясной Поляне. О чем остались свидетельства в мемуарах супруги Толстого. А еще его отец переписывался со знаменитым американским романистом Эптоном Синклером. Выпустившим в 1911 г книгу «Лечение голодом», основанную на собственном опыте. Она стала популярна во всем мире. Кстати, Синклер прожил 90 лет.
Эта книга и определила судьбу самого Юрия Сергеевича. Он стал врачом. И еще до войны рискнул лечить голодом…шизофреников. Получилось. Хотя официальная медицина относилась к этому методу отрицательно. Но Николаеву выпала удача. Он избавил от алкоголизма Льва Булганина , сына сталинского вице-премьера, члена Политбюро. Благодарный отец дал указание официально проверить лечебное голодание. В Институте психиатрии Академии медицинских наук СССР. Здесь Николаев десять лет изучал влияние голода на различные заболевания, включая сердечно-сосудистые. Свой метод ученый осторожно назвал разгрузочно-диетической терапией (РДТ). Чтобы не пугать официальную науку и народ страшным словом «голод». Все еще помнили ленинградскую блокаду, да и вообще… В 1960 году защитил на эту тему докторскую диссертацию. Хотя благодетель Булганин к тому времени был свергнут Хрущевым и отправлен в политическое небытие.
Метод становился все более популярным, в советских больницах открывались отделения РДТ. В Москве его курировал сам профессор Николаев. Через него прошло около 3000 больных с гипертонией, атеросклерозом, ИБС, диабетом, артрозами, артритами, язвой, гастритами, колитами, астмой, ожирением и т.д. Некоторым пришлось голодать под строгим врачебным контролем 25-33 дня. Результаты были положительными.
Сам Николаев образно называл это удивительное на первый взгляд исцеление «операцией без ножа». Ведь во время лечебного голодания в первую очередь « утилизируются ослабленные, отжившие, негодные, измененные ткани, шлаки, токсины, являющиеся балластом для организма и причиной многих самых различных заболеваний, а также имеющиеся в организме опухоли, отеки, спайки и проч. Уменьшается количество склеротических бляшек.Этот процесс в медицине называется «аутолизом» (буквально означает «самопереваривание»).
Как видим, Николаев использует термин, аналогичный модной ныне «аутофагии». Все то же «самоедство» клеток.
Этот разрушительный процесс «самоедства», утверждал Николаев, всегда взаимосвязан с созидательным, омолаживающим. Ибо само голодание - мощный стрессор, мобилизующий защитные реакции организма и являющийся стимулом для последующего ускорения процессов восстановления и самообновления.
Впрочем, несмотря на широкие научные эксперименты, большой опыт исцеления больных, профессор понимал, что не все тайны лечебного голодания открыты. « Следующий этап - изучение процесса лечения дозированным голоданием на молекулярном уровне, - писал он. - Чтобы проникнуть в жизнь клетки, подсмотреть, как природа распоряжается в организме, научиться подражать ей, научиться управлять своим организмом.»
Умер доктор медицинских наук в 1998 г. Ему было 93.
ПРЕМИЯ НА ТРОИХ НЕ ДЕЛИТСЯ?
Завет советского доктора взялись выполнить в 90-х трое ученых. Американец Дэниел Клёнски и японцы Нобору Мицусима , Ёсинори Осуми. Они подробно изучили механизм аутофагии на уровне клетки. На примере пекарских дрожжей. Держа их – внимание! – на голодном пайке. (Не буду забивать головы читателей научными терминами. Кому интересно - смотрите пресс-релиз Нобелевского комитета, там все описано и показано.) И даже открыли гены, отвечающие за процесс «самоедства». Аналогичные гены имеются и у человека. Кленски пишет: «Аутофагия могла возникнуть в ходе эволюции как реакция на дефицит питательных веществ. Как известно, в условиях голодания организм начинает использовать внутренние резервы. Вначале в ход идут жировые клетки, а в последнюю очередь - мышечные; их компоненты расщепляются и включаются в метаболические процессы, важные для поддержания жизни организма.Точно так же поступают и клетки в отсутствие питательных веществ, разлагая на части некоторые свои компоненты во имя самосохранения. Аутофагосом ы работают постоянно независимо от того, голодает клетка или нет. Но дефицит питательных веществ, кислорода или факторов роста стимулирует процесс сборки аутофагосом.»
Научные эксперты еще в 2012-13 гг прогнозировали, что вся эта троица и получит Нобелевку за свои исследования омолаживающего «самоедства» клеток. Премию уже не раз делили на троих! Но черед пришел только в этом году. И Нобелевский комитет почему-то выбрал одного Осуми.
Впрочем, главное здесь в другом.
После смерти профессора Николаева лечебное голодание в нашей стране вновь стало «причудой чокнутых фанатов ЗОЖ». В одном ряду с лечением биополем, мочой, навозом, глиной... Этакое лекарство «от лукавого», несмотря на посты Христа. В моде ныне другие целебно-омолаживающие методы. Дорогие. Типа стволовых клеток. А голод больших барышей не принесет.
Нобелевка своим авторитетом осенила этот древний метод, по сути, признав его научным. Нобелевский комитет подчеркивает, что в теории именно нарушения в процессе аутофагии приводят к болезни Паркинсона , сахарному диабету второго типа, некоторым видам рака и другим тяжелым заболеваниям. «В настоящее время продолжается разработка лекарств, которые могут ориентироваться на аутофагию.» Чудесно! Можно есть-пить от пуза, а потом принять аутофагическую таблетку и снова здоров!
Но пока изобретут эти лекарства, испытают, много воды утечет. Не лучше ли попробовать для профилактики испытанный веками бесплатный метод?
КАК ДЕРЖАТЬ ПОСТ
Разумеется, очень осторожно. Вместе с новостью о нобелевской премии за «самоедство» мир облетело трагическое сообщение о смерти 13-летней индийской девочки. Она провела 68 суток на одной кипяченой воде. Не ради укрепления здоровья, а чтобы ювелирный бизнес родителей пошел в гору. Так им посоветовал гуру. Впрочем, и некоторые наши девушки голодом и жесткими диетами доводят себя до смертельного истощения ради фигуры.
Юрий Николаев как истинный врач был осторожнее. Действовал по принципу «Не навреди!» Лечебное голодание при серьезных болезнях - только в специальных клиниках, под строгим надзором врачей. До 33 дней. Дома для профилактики советовал проводить 24-42 часа в неделю на одной воде. Приняв предварительно слабительное, очищая организм клизмами. У самого доктора было 2-3 голодных дня в месяц. Впрочем, он начинал голодать при каждом недомогании, простуде, чтобы поскорее избавиться от вирусов, токсинов. Максимально Николаев позволял голодать без врача до семи суток. Заранее изучив методику входа в голод и выхода из него, применяя при этом клизмы, душ, ванну, ходьбу, другие физические упражнения. Он подчеркивал, что особенно полезно голодать, когда организм еще здоров и полон сил, чтобы охранить его от болезней.
Книгу Юрия Николаева «Голодание ради здоровья» с подробным описанием метода РДТ можно скачать в Интернете. Как и книги Брэгга.
3 октября Нобелевский комитет объявил лауреата премии по физиологии и медицине. Им стал японец Ёсинори Осуми. Формулировка премии звучит так: "За открытие механизмов аутофагии". Что такое аутофагия? Чем она важна с практической точки зрения? Как аутофагия связана с голоданием и потерей массы? Почему она помогает раковым опухолям выжить? И, наконец, почему лауреатом стал один человек, а не несколько, как обычно? Объясняет журналист и биолог Светлана Ястребова.
Профессор Токийского технологического института Ёсинори Осуми был на своём рабочем месте в лаборатории, когда ему позвонили из Нобелевского комитета с неожиданным известием: он стал лауреатом премии по физиологии и медицине в 2016 году. 71-летний японец по-прежнему активно работает над темой аутофагии, за изучение которой он и удостоился высшей научной награды.
Клеточная свалка
Аутофагия находится в центре научных интересов Осуми уже 27 лет. В конце 1980-х, когда он только начал свои работы по этой теме, было известно, что клетки каким-то образом избавляются от своих структур и отдельных молекул, ставших вдруг ненужными. Впрочем, было бы странно, если бы это было не так: все организмы способны удалять отходы жизнедеятельности.
Уже давно учёные знали, что в клетках находятся специальные органоиды под названием лизосомы . В них неоднократно обнаруживали полуразрушенные фрагменты других клеточных структур. Да и сам термин "аутофагия" предложили ещё задолго до работ Осуми. Это слово в 1963 году придумал Кристиан де Дюв - учёный, который и сам стал лауреатом Нобелевки по физиологии в 1974-м за открытие лизосом.
Кроме лизосом, биологи обнаружили аутофагосомы – "тележки" для подвоза фрагментов клетки к лизосомам. Когда какой-то компонент клетки становится ненужным, его окружает специальная мембрана, и получается пузырёк с органоидом (или его частью) внутри. Этот пузырёк подходит к лизосоме и сливается с ней. Там "мусорный" фрагмент клетки находит свой последний приют - особые ферменты расщепляют его на простые составляющие.
Долгое время лизосомы считали чем-то вроде "свалки" для всех ненужных структур клетки. Правда, такая точка зрения не давала ответа на вопрос: как клетка обновляет себя? Почему "свалка" не вырастает в размерах в десятки и сотни раз за всю долгую жизнь таких клеток, как, например, нейроны? И раз такие вопросы возникали, было логичным предположить, что клетки (в отличие от большинства людей) не зависят на сто процентов от внешних источников пищи и используют имеющиеся внутренние ресурсы по нескольку раз. Чтобы выяснить, как именно это происходит, нужно было отыскать вещества, запускающие и поддерживающие реакции переработки вышедших из строя органоидов и молекул.
Поэтому через несколько лет после обнаружения лизосом, в 1980-х, исследователи переключили своё внимание на заново открытые органоиды - протеасомы . Как следует из их названия, они имеют дело с протеинами - а попросту, с белками. Оказалось, что "путёвкой" в протеасому для белка служит "чёрная метка" - молекула убиквитина . Такой меченый белок попадает в протеасому и разлагается там за счёт ферментов-протеаз на аминокислоты. Затем эти аминокислоты клетка использует для построения других белков. В день человеку нужно 200-300 граммов протеина, но с пищей поступает только около 70. Остальное клетки получают, перерабатывая ненужные белки в протеасомах.
Изучение протеасом тем не менее не дало ответа на вопрос, как клетка перерабатывает фрагменты крупнее, чем отдельные молекулы белков. Что в лизосомах перерабатывает большие куски органоидов? Об этом до работ Ёсинори Осуми никто не знал.
Волшебные грибы
Осуми выбрал в качестве объекта для экспериментов дрожжи - одноклеточные грибы, которые быстро размножаются бесполым путём. Наблюдать за их ростом и развитием довольно легко, если иметь обычный световой микроскоп. С одной стороны, дрожжи - простые организмы, и все их клетки имеют более-менее одинаковую структуру. С другой, они, как и у всех грибов, по строению достаточно близки к животным, а значит, и к человеческим. В клетках грибов, как и в наших собственных, есть ядро, митохондрии (органоиды для выработки энергии), есть аппарат для производства белков и аппарат для их деградации (протеасомы). Есть у дрожжей и аналог лизосом животных - вакуоли. Они достаточно крупные, чтобы за их изменениями можно было наблюдать в микроскоп.
Для аутофагии не принципиально, какие белки разрушать - образованные в самой клетке или за её пределами. А это значит, что с её помощью можно избавиться и от вирусов и бактерий, попадающих в клетки и вызывающих различные болезни. Показано, что возбудители вирусных и бактериальных заболеваний в ходе эволюции вырабатывают сложные механизмы защиты , чтобы не попадаться под горячую руку аутофагосом или остановить их действие. Вообще аутофагия важна для множества процессов в иммунной системе , начиная от воспаления и заканчивая защитой от вирусов и бактерий.
Наконец, аутофагия полезна и в том случае, когда строение клетки нужно быстро и часто перестраивать. Такая потребность возникает при эмбриональном развитии. Изменения, которые происходят в тканях зародыша, развиваются стремительно именно за счёт активной аутофагии. Одни части клетки, которые выполнили свою функцию, разлагаются на составные элементы, и из них строятся новые, "более актуальные" органоиды. Нарушение процессов аутофагии у эмбрионов приводят к тому, что их развитие существенно замедляется.
Одинокий самурай
С 2011 года и до настоящего момента Нобелевская премия по физиологии и медицине ни разу не доставалась одному человеку. Всегда находилось несколько исследователей, чьи научные интересы лежали в одной области. А в случае Ёсинори Осуми это оказалось не так. Почему?
Вряд ли мы сможем в скором времени узнать точный ответ на этот вопрос: личности номинантов и людей, выдвинувших их кандидатуры в 2016 году, будут хранить в секрете ближайшие 50 лет. Но одно можно сказать точно: когда Осуми начинал свои исследования аутофагии, ею не интересовался почти никто. Однако все крупные учёные, которые внесли свой вклад в обнаружение лизосом, аутофагосом и исследование их функций, в 1990-х уже имели награды от Нобелевского комитета.
Осуми в своей научной карьере сделал ставку на малоизученную непопулярную тему и не проиграл. Правда, по признанию лауреата, он не ставил себе целью получить престижную премию. В одном из недавних интервью он отметил: "Не все молодые специалисты достигнут успеха в науке, но попытаться точно стоит". Как мы видим, его попытка оказалась успешной.
В заявлении Нобелевского комитета отмечается, что Осуми "открыл и выяснил механизмы, лежащие в основе аутофагии, фундаментального процесса уничтожения и утилизации клеточных компонентов". Само слово "аутофагия" происходит от двух греческих слов — "auto", означающего "я", и "phagein", означающего "поедать". Таким образом, оно буквально обозначает "самопоедание" (в вольном переводе "самоедство").
Аутофагия известна уже более 50 лет, но её фундаментальное значение для физиологии и медицины было признано только после исследований Осуми, проведённых в 1990-х годах. Именно благодаря этим работам он и получил Нобелевскую премию.
Общее понимание аутофагии появилось у учёных в 1960-х годах, когда исследователи впервые понаблюдали за тем, как клетки уничтожают своё собственное содержимое с помощью заключения последнего в мембраны. В ходе этого процесса формируются везикулы , похожие на мешки образования, которые затем доставляются в "отсек" переработки в клетке, называемый лизосома), для последующего уничтожения.
Органелла (составляющая клетки) аутофагосома поглощает компоненты клетки и затем отдаёт их на "съедение" лизосоме, в которой происходит их разрушение.
Но из-за недостатка информации было сложно изучить особенности данного феномена. Осуми провёл серию блестящих экспериментов в начале 1990-х годов. В частности, учёный использовал пекарские дрожжи для выявления генов, определяющих ход процесса аутофагии. Затем исследователь приступил к выяснению механизмов, лежащих в основе "самопоедания" в дрожжах и показал, что подобные сложные механизмы используются и в клетках человека.
Открытие Осуми привело к новой парадигме в понимании учёными того, как клетки перерабатывают своё содержимое. Его открытие помогло проложить путь к пониманию фундаментального значения аутофагии во многих физиологических процессах - например, адаптации к голоданию.
Мутации генов, контролирующих процесс аутофагии, могут вызывать заболевания. Кроме того, процесс аутофагии — важная составляющая онкологических и неврологических заболеваний.
Расскажем немного об истории, без которой не было бы и самого открытия. В середине 1950-х годов учёные выявили новый специализированный клеточный "отсек" - органеллу, содержащую ферменты, которые перерабатывают белки, углеводы и жиры. Органеллу назвали лизосомой и определили её функции (рабочая станция для уничтожения клеточных компонентов).
К слову, бельгийский учёный Кристиан де Дюв был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1974 году за открытие лизосом.
Термин "аутофагия" был впервые предложен в 1963 году бельгийским биохимиком Кристианом де Дювом, который совместно с коллегами получил Нобеля по медицине в 1974 году.
Новые наблюдения в 1960-х годах показали, что большое количество клеточных компонентов и даже целые органеллы иногда могут быть найдены внутри лизосом.
Получается, клетки обладают стратегией доставки больших "грузов" в лизосомы. Дальнейшие биохимические и микроскопические исследования выявили новый тип везикул, транспортирующих такие клеточные грузы в лизосомы для последующего уничтожения. Кристиан де Дюв ввёл термин аутофагия, "самопоедание", чтобы описать этот процесс. Новый же тип везикул был назван аутолизосомы (или аутофагосомы).
В течение 1970-х и 1980—х годов исследователи фокусировались на объяснении работы другой системы, используемой для уничтожения белков -протеасом.И в рамках данной темы Аарон Чехановер , Аврам Гершко и Ирвин Роуз были удостоены Нобелевской премии 2004 года в области химии за "открытие роли убиквитина в клеточной системе деградации белков в протеасомах". Протеасомы эффективно уничтожают белки "по одному", но этот механизм не объясняет, как клетки избавляются от крупных белковых комплексов и "изношенных" органелл.
Японский учёный Осуми принимал активное участие в различных исследованиях, но при запуске собственной лаборатории в 1998 году он сфокусировался на изучении уничтожения белков в вакуоли дрожжей — органелле, функции которой в человеческих клетках выполняет лизосома. Дрожжевые клетки относительно просты в исследовании и, следовательно, часто используются в качестве модели для клеток человека. Они особенно полезны для идентификации генов, которые играют важную роль в сложных клеточных процессах.
Но Осуми столкнулся с серьёзной проблемой - дрожжевые клетки маленькие и их внутреннюю структуру не так легко различить под микроскопом. Учёный даже сомневался, происходит ли в этом случае аутофагия. Исследователь посчитал, что если он сможет остановить процесс уничтожения материала в вакуоли, то аутофагия присутствует - затем аутолизосомы должны будут накапливаться внутри вакуолей и становиться видимыми под микроскопом.
Учёный культивировал мутировавшие дрожжи с недостающей вакуольной деградацией и одновременно стимулировал в них аутофагию, заставив клетки голодать. И результаты оказались поразительными. В течение нескольких часов вакуоли наполнились маленькими везикулами, которые ещё не были уничтожены. Везикулы являлись аутолизосомами, и эксперимент учёного доказал, что аутофагия существует в дрожжевых клетках. Но что ещё более важно - теперь учёный получил способ для выявления и описания ключевых генов, вовлечённых в этот процесс. Это революционное исследование было опубликовано более 20 лет назад - в 1992 году.
Позднее Осуми воспользовался своими модифицированными штаммами дрожжей, в которых аутолизосомы накапливались в течение голодания. Это накопление не должно было происходить, если гены, ответственные за аутофагию, были инактивированы. Осуми обработал клетки дрожжей химическим веществом, которое выборочно вводило мутации во многие гены, и затем он стимулировал аутофагию. Его стратегия сработала.
Осуми выявил первые гены, необходимые для аутофагии. И в ходе последующих экспериментов учёным были функционально охарактеризованы белки, закодированные этими генами. Результаты исследований показали, что аутофагия контролируется целым каскадом белков и белковых комплексов, каждый из которых регулирует отдельные стадии, такие как зарождение или формирование аутолизосом.
Осуми изучал тысячи мутантных штаммов дрожжей и определил 15 генов, которые отвечают за механизм аутофагии.
После определения механизма аутофагии в дрожжах всё же остался нерешённым один вопрос: существует ли соответствующий механизм для контроля этого процесса в других организмах? Вскоре выяснилось, что практически идентичные процессы происходят и в клетках человека. Теперь учёным стали доступны инструменты, необходимые для изучения значения аутофагии в организме человека.
И благодаря Осуми и его последователям сегодня мир знает, что аутофагия контролирует важные физиологические функции, в которых клеточные компоненты должны быть переработаны или уничтожены.
Аутофагия может быстро предоставить "топливо" и строительные блоки для обновления клеточных компонентов. Следовательно, процесс имеет важное значение для клеточного ответа на голодание и другие виды стресса. Кроме того, во время инфекции аутофагия помогает остановить .
Аутофагия также способствует эмбриональному развитию и клеточной дифференцировке . Клетки также используют аутофагию для устранения повреждённых белков и органелл — этот механизм "контроля качества" имеет решающее значение для борьбы с негативными последствиями старения.
Аутофагия связана с такими физиологическими процессами как развитие зародыша человека и дифференцировка клеток, различными стрессовыми ситуациями в организме. Аутофагия имеет место при нейродегенеративных заболеваниях, раке и различных инфекциях.
Кстати, нарушение процессов аутофагии связывались также с болезнью Паркинсона, диабетом второго типа и другими заболеваниями, которые, как правило, появляются в пожилом возрасте.
Мутации генов, важных для аутофагии, могут быть вызваны генетическим заболеванием, также нарушение механизмов аутофагии связано с онкологией. Сегодня ведутся многочисленные исследования по разработке препаратов, предназначенных для стимуляции аутофагии при различных заболеваниях.
Напомним, что сегодня, 3 октября, в Стокгольме началась Нобелевская неделя. По традиции, её начало ознаменовало .
Аутофагия - естественный процесс жизнедеятельности организма. Все клетки могут частично «поедать» себя, избавляясь от старых или повреждённых участков. Перерабатывая таким образом собственный материал, клетка получает новые ресурсы для восстановления и дальнейшего функционирования.
Аутофагия вовлечена в различные процессы: от борьбы с бактериальными и вирусными инфекциями до обновления клеток в развивающемся эмбрионе.
Ёсинори Осуми, специалист по клеточной биологии из Технологического университета Токио, начал изучать явление аутофагии ещё в 1992 году. Изначально он рассматривал гены, отвечающие за «самопоедание» в клетках дрожжей. Позже выяснилось, что процессы аутофагии оказывают влияние на различные болезни человека, среди которых рак, диабет, нейродегенеративные и инфекционные заболевания.
Сейчас учёные тестируют лекарства, которые смогут направленно воздействовать на процессы аутофагии. Это фундаментальным образом изменит наш подход к борьбе с раковыми опухолями, а также способы лечения психических расстройств, связанных с ухудшением когнитивных функций.
Контроль процессов аутофагии поможет в лечении рака и заболеваний мозга
Если процессы аутофагии замедляются или нарушаются, клетка теряет способность разрушать аномальные белки, отслужившие клеточные структуры и вредоносные микробы. Пока ещё не совсем ясна очерёдность событий: ведут ли нарушенные процессы аутофагии к возникновению болезни, или же болезнь вызывает сбой в работе механизмов аутофагии.
Тем не менее связь аутофагии с нейродегенеративными расстройствами не подвергается сомнению. Проявляется она, например, при болезни Паркинсона Melinda A. Lynch-Day, Kai Mao, Ke Wang. The Role of Autophagy in Parkinson’s Disease . . Для этого заболевания характерно наличие ненормальных белковых образований, телец Леви, которые распространяются в мозге. Учёные считают, что нарушенные процессы аутофагии как раз и приводят к тому, что клетки мозга прекращают «поедать» данные аномальные белки M. Xilouri M., O. R. Brekk OR, L. Stefanis. Autophagy and Alpha-Synuclein: Relevance to Parkinson’s Disease and Related Synucleopathies . .
Подобным образом в мозге могут образовываться и скопления амилоидов. Это вредный белок, который, по мнению учёных, вызывает болезнь Альцгеймера.
Возможность заново запустить процессы аутофагии у людей с нейродегенеративными заболеваниями позволит замедлить или даже полностью прекратить накопление в мозге вредных белков.
Это подтвердилось в первой фазе одного исследования, в ходе которого пациенты с болезнью Паркинсона и деменцией с тельцами Леви ежедневно получали небольшие дозы лекарства от лейкемии, стимулирующего процессы аутофагии. В течение шести месяцев пациенты заметили улучшение своих моторных навыков и мыслительной деятельности Cancer drug improved cognition and motor skills in small Parkinson’s clinical trial . .
Исследователи также рассматривают возможность того, что слишком активные процессы аутофагии могут способствовать развитию и распространению раковых клеток. Вероятнее всего, ускоренная аутофагия позволяет клеткам опухоли регенерировать быстрее обычного.
Сейчас проводятся клинические исследования, которые должны найти ответ на вопрос, действительно ли замедление процессов аутофагии поможет повысить эффективность таких традиционных методов лечения рака, как химиотерапия и облучение.
Хотя клеточные процессы, изучаемые Осуми, были уже известны учёным, до сих пор никто не видел их ценности для здоровья человека. Открытия Осуми проливают свет на возможности использования этих процессов при лечении различных заболеваний.
Узнав о присуждении ему Нобелевской премии , Осуми призвал молодых учёных присоединиться к нему в дальнейших исследованиях аутофагии.
В науке нет финишной черты. Когда находишь ответ на один вопрос, тут же возникает другой. Я никогда не считал, что ответил на все вопросы. Потому-то и продолжаю спрашивать у дрожжей.
Ёсинори Осуми
