Премия за самоедство

Нобелевку по медицине и физиологии присудили за изучение механизмов аутофагии

Гравюра Лукаса Дженниса из алхимического трактата. Изображение: Wikimedia

Лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2016 году стал Есинори Осуми, профессор Токийского технологического института, «за открытия механизмов аутофагии» — процесса утилизации отживших и поврежденных структур в клетке. «Чердак» разобрался, зачем она нужна, что сделал ученый и чем полезно понимание механизмов аутофагии.

Слово «аутофагия» в переводе с греческого означает «поедание себя». Звучит страшно, однако аутофагия — полезный процесс уничтожения поврежденных или устаревших клеточных структур, при котором старые или поврежденные органеллы оборачиваются в кусочек клеточной мембраны — аутофагосому — и сливаются с лизосомой — клеточной органеллой, содержащей различные ферменты для расщепления белков, жиров и другой сложной органики до строительных кирпичиков, готовых к использованию самой клеткой.

Техобслуживание клетки

«С помощью аутофагии клетка постоянно переваривает стареющие органеллы, — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории клеточных взаимодействий Института биоорганический химии РАН Елена Свирщевская. — Это естественный биологический процесс, который постоянно идет в клетке и резко усиливается при голодании, воздействии радиации или токсических веществ и в других стрессовых ситуациях, повреждающих клеточные органеллы».

Аутофагия — это один из самых мягких процессов программируемой клеточной гибели. Так, если клетка в результате своей работы или каких-либо внешних воздействий совсем испортилась и сбилась со своей программы, организм может запустить ее апоптоз, полностью уничтожающий клетку. Аутофагия же используется, когда повреждения клетки незначительны и ее еще можно исправить «на ходу».

«Частный случай аутофагии — митофагия, когда убираются поврежденные митохондрии — энергетические станции клетки, — говорит Валерий Зинченко, заведующий лабораторией внутриклеточной сигнализации Института биофизики клетки РАН. — Многие наши болезни связаны с тем, что митохондрии в клетках не выдерживают нагрузки, например, при гипоксии и ишемии. Такая клетка должна погибнуть, а оказывается, есть механизм, который позволяет не убивать клетку, а убрать только митохондрию, не справившуюся со своей работой».


Механизм аутофагии

Нобелевские дрожжи

Есинори Осуми изучал аутофагию на примере дрожжей, которые он использовал в качестве модельного организма для поиска генов, контролирующих клеточное самоедство. «Его открытие связано не столько с самой аутофагосомией — этот процесс был известен и раньше, сколько с методами ее анализа», — отметила Елена Свирщевская.

Аутофагия — быстрый процесс: аутофагосома живет около 10 минут, после чего сливается с лизосомой. В лаборатории Осуми идентифицировали гены, отвечающие за работу этого механизма, и выделили основной из них. Затем ученые вывели мышей, у которых белок, кодируемый этим геном, был связан с зеленой флуоресцентной меткой. Благодаря этому исследователи смогли проследить, как происходит аутофагия в различных органах живого организма.

Другой частью их работы было получение трансгенных мышей, у которых ключевой для механизма аутофагии ген был удален. Мышата, которые рождались у такой мыши, быстро погибали, так как процесс аутофагии оказался очень важен при развитии в утробе и во время первого месяца жизни.

«Основная заслуга Осуми в том, что он и его сотрудники сделали очень хорошую систему мониторинга аутофагии. Они начали с дрожжей, нашли нужные гены, а потом стали искать их у млекопитающих, у которых нашли не очень близкие, но родственные гены. В результате они сделали вывод, что имеют дело с очень широко распространенным в природе механизмом», — объяснила Свирщевская.

Аутофагия и болезни

«Изучение фундаментальных механизмов аутофагии со временем может быть полезно, например, в разработке терапии старения, поскольку с возрастом степень аутофагии в соматических клетках ослабевает: они все хуже и хуже справляются с ремонтом поломок, — рассказывает руководитель лаборатории клеточных и молекулярных технологий МФТИ Елена Петерсен. — Кроме того, понимание аутофагии важно и для борьбы с раковыми клетками, которые ремонтируют свои поврежденные участки, наоборот, слишком активно и потому так хорошо выживают после самых разных агрессивных повреждающих действий. Так что процесс аутофагии очень важно научиться регулировать».

Кроме того, есть свидетельства того, что нарушения аутофагии могут приводить к различным нейродегенеративным заболеваниям. «Прямой связи между развитием нейродегенеративных заболеваний и поломкой генов, отвечающих за механизмы аутофагии, пока не показали, но существует достаточно много научных работ, которые говорят о том, что какая-то более сложная и непрямая связь между этими процессами есть», — говорит Свирщевская.

Екатерина Боровикова, Михаил Петров

Теги:

Читать еще на Чердаке: