Клетки-самоеды. Как получить Нобелевскую премию, заставив дрожжи голодать

Номинация: Нобелевская премия по физиологии и медицине
Кто получил: Йоcинори Осуми, биолог, профессор Токийского технологического института
За что наградили: За открытие механизмов аутофагии
Что это значит: Открытие фундаментальных биологических механизмов, которые позволяют живой клетке "переваривать" свои собственные частички, может открыть путь к созданию новых методов лечения онкологических и некоторых других заболеваний, в том числе связанных с процессом старения

Термин "аутофагия" в переводе с греческого означает "самопоедание". Это процесс, при котором живая клетка утилизирует части самой себя и таким образом поддерживает себя "в форме". Или приобретает новые свойства.

Явление было открыто в 60-х годах прошлого века. Но несмотря на его важность, на протяжении нескольких десятилетий механизмы аутофагии оставались практически непонятными.

Прорыв в этом направлении сделала группа японских ученых под руководством Йоcинори Осуми, которая начала заниматься этой темой в начале 1990-х. В качестве объекта исследований они выбрали обычные пекарские дрожжи. С одной стороны, это относительно простой организм, удобный для проведения экспериментов, с другой — он в общем довольно похож на клетки животных, в том числе и человека.

Но на тот момент даже не было известно, способны ли дрожжи к аутофагии. Йоcинори Осуми поставил серию блестящих экспериментов, чтобы выяснить это. Он заставил дрожжи голодать (ведь именно этот процесс обычно активизирует аутофагию) и смог наблюдать в "голодающих" клетках характерные "пузырьки-аутофагосомы" — заключенные в мембраны частички клетки, предназначенные для дальнейшего "переваривания". Другими словами, ему удалось увидеть процесс аутофагии в дрожжах.

Первые результаты были опубликованы в 1992 году. Теперь предстояло выяснить, какие гены отвечают за аутофагию. Для этого Йоcинори Осуми воздействовал на клетки дрожжей химическими веществами, вызывающими мутации. Суть в том, что мутация, то есть поломка молекулы ДНК, может произойти в любом ее участке. Если этот участок никак не связан с аутофагией, то она будет проходить нормально. В противном случае мутация "задевает" важный с точки зрения аутофагии ген.

Исследуя дрожжи с самыми разными вариантами мутаций, японский исследователь обнаружил один за другим 15 генов, связанных с аутофагией.

В дальнейших исследованиях удалось установить, что похожие механизмы работают и в клетках организма человека. После чего начали появляться данные о том, что нарушения аутофагии могут быть связаны с различными тяжелыми заболеваниями, такими как рак, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.

младший научный сотрудник Института биохимии им. А. В. Палладина НАН Украины

— Аутофагия — это нормальный процесс, который происходит практически в каждой клетке человеческого организма или организма животного и позволяет ему нормально функционировать.

Возьмем для примера основной объект моего исследования — эритроциты, или красные кровяные тельца, которые переносят в организме кислород и углекислый газ. По форме эритроцит напоминает пончик, правда, без дырки посредине. У него нет ядра и нет других органелл, как у обычных клеток. Все это у него было, когда эритроцит начинал развиваться, но потом он избавился от лишних "внутренностей" именно с помощью процесса аутофагии. Благодаря этому эритроцит обрел эластичность и другие качества, без которых не смог бы выполнять свою функцию.

Во время эмбрионального развития животного, в том числе и человека, аутофагия играет важную роль наряду с другим явлением — запрограммированной гибелью клеток. Дело в том, что нам нужны не все клетки, которые возникают в нашем организме. Например, у каждого из нас на определенном этапе внутриутробного развития пальцы на руках были соединены перепонками, поскольку они имелись у наших эволюционных предков. Но родились мы без перепонок благодаря в том числе и процессу аутофагии.

Кстати, клетки хрусталика глаза прозрачны потому, что с помощью аутофагии они, как и эритроциты, также избавились от клеточных органелл. Если этот процесс нарушается, то хрусталик начинает мутнеть, и так могут возникать некоторые формы катаракты.

В нервных клетках — нейронах — со временем накапливаются вещества, например, некоторые белки, которые могут мешать таким клеткам нормально работать. Но клетка избавляется от них с помощью все того же процесса аутофагии. Его нарушение может привести к нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.

Есть интересные исследования, которые показывают, что при снижении потребляемых калорий в организме могут активизироваться процессы аутофагии. Говоря простыми словами, получается, что клетки, переваривая часть себя, обновляются, и благодаря этому организм в целом тоже чувствует себя лучше.

Но, возможно, самое интересное то, что аутофагия связана с возникновением опухолей, в том числе и рака. Здесь еще очень много неясного, так как, с одной стороны, аутофагия позволяет препятствовать развитию опухолей, но с другой — может "защищать" уже перерожденные клетки от медикаментозного лечения. Именно поэтому понимание процессов аутофагии и запрограммированной гибели клетки очень важно для того, чтобы эффективно бороться с онкологическими заболеваниями.

Заслуга Йоcинори Осуми в том, что он и его команда первыми открыли фундаментальные принципы аутофагии сначала в клетках дрожжей, а потом постепенно перешли к их изучению у многоклеточных животных. Теперь, когда есть понимание, как это происходит, ученые могут исследовать роль аутофагии в развитии той или иной болезни.

• Читайте также: Дело на миллионы. Над чем работают украинские ученые на гранты Евросоюза

Говорить конкретно о каком-то клиническом использовании этих результатов сегодня очень сложно. Но, на мой взгляд, со временем мы будем лучше понимать, как можно влиять на процесс аутофагии и таким образом бороться с опухолями и рядом других заболеваний.