Аутофагия в переводе с греческого означает «поедание себя» или «самоедство».
В 2016 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили профессору Токийского технологического института Ёсинори Осуми. Японский ученый удостоился ее за свои фундаментальные работы, объяснившие миру, как происходит аутофагия — ключевой процесс переработки и реутилизации клеточных компонентов.
Рисунок 1. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae — главные герои Нобелевской премии после самого лауреата.
Ёсинори Осуми стал четвертым японцем, которому присвоена Нобелевская премия по медицине и физиологии. Первым был Судзуми Тонегава: за открытие генетического принципа образования разнообразных антител. Затем в 2012 году премию получил Синъя Яманака за работу с индуцированными стволовыми клетками. Год назад лауреатом премии стал Сатоси Омура, вложивший в руки врачей новое оружие для борьбы с червями-паразитами, вызывающими заболевания у людей. Интересно, что за такой короткий срок сразу три премии отправились в Страну Восходящего Солнца.
Аутофагия, за изучение которой вручена премия в этом году, — это совокупность процессов, позволяющих клетке при помощи лизосом избавляться от скоплений внутриклеточного «мусора» и пришедших в негодность органелл. В ходе аутофагии компонент клетки, которому суждено быть уничтоженным, окружается двухслойной мембраной, формируя аутофагосому. На следующем этапе с аутофагосомой сливается лизосома, и лизосомные ферменты начинают расщеплять содержимое аутофагосомы до самых мелких молекул. Так клетка уничтожает старые или дефектные компоненты, а «останки» используются повторно. За открытие лизосом в свое время также была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине: в 1974 году ее получил бельгиец Кристиан де Дюв. Он же, кстати, и придумал термин «аутофагия» в 1963 году. Так что, в определенном смысле, у премии, врученной в этом году, есть своя «нобелевская» история.
Сам процесс аутофагии был известен с 1960-х годов, но его молекулярные основы оставались для ученых неясными. Чтобы изучить, как протекает аутофагия, Осуми выбрал обычные пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae (рис. 1). В эксперименте он использовал не простые, а мутантные клетки дрожжей: они были лишены нескольких протеолитических ферментов. Кроме этого ученые дополнительно простимулировали аутофагию, поместив клетки в среду, бедную питательными веществами (а считалось, что клетка начинает заниматься «самоедством» именно в условиях голодания). В цитоплазме клетки стали возникать аутофагосомы, и через три часа вакуоли дрожжей целиком ими заполнились (рис. 2). Ученые исследовали образовавшиеся органеллы, и оказалось, что они по составу и химической активности не отличались от окружавшей их цитоплазмы. Это означало, что процесс аутофагии был приостановлен за счет недостатка протеолитических ферментов. Они должны были поступать из лизосом, но вследствие генетического дефекта ферменты не были синтезированы клеткой.
Рисунок 2. Дрожжевая клетка с вакуолью, заполненной аутофагосомами, в которых не происходит расщепления содержимого. Буквой V обозначена вакуоль, а буквами AB — аутофагосомы, которые не слились с лизосомами.
В этой же работе были опубликованы данные о том, что ключевую роль для блокирования аутофагии у дрожжей сыграло отсутствие фермента протеиназы B, закодированного в гене PRB1. Еще через год были опубликованы данные о 15 ключевых генах, задействованных в аутофагии. Дальнейшие исследования, которые с коллегами проводил Ёсинори Осуми, открыли сложный каскад биохимических реакций, позволяющий дрожжевым клеткам запускать процесс аутофагии.
Благодаря работам Ёсинори Осуми другие ученые получили инструменты для изучения аутофагии не только у дрожжей, но и у других живых существ, включая человека. В ходе дальнейших исследований было установлено, что аутофагия — это консервативный процесс, и у людей он происходит приблизительно так же. При помощи аутофагии клетки нашего тела получают недостающие энергетические и строительные ресурсы, мобилизуя внутренние резервы. Аутофагия задействована при удалении поврежденных клеточных структур, что важно для поддержания нормальной работы клетки. Также этот процесс — один из механизмов программируемой клеточной смерти. Нарушения аутофагии могут лежать в основе рака и болезни Паркинсона. Кроме этого, аутофагия направлена на борьбу с внутриклеточными инфекционными агентами, например, с возбудителем туберкулеза. Возможно, благодаря тому, что когда-то дрожжи открыли нам секрет аутофагии, мы получим лекарство от этих и других заболеваний.
Источник: БИОМОЛЕКУЛА
