Нобелівську премію з медицини 2016 року отримав японський науковець Йошінорі Осумі (Yoshinori Ohsumi) за те, що розшифрував механізм автофагії — процесу, який дає змогу нашим клітинам позбуватися протеїнових відходів. Така «утилізація» (або дослівно «самопожирання») усуває рештки патогенів, надлишкові протеїни і прості білки, утворені з вадами, тому й важлива при певних недугах, наприклад хворобі Паркінсона.
Йошінорі Осумі. Фото: Reuters
Автофагія є своєрідним сміттєпереробним заводом у клітині: вона забезпечує клітину енергією тоді, коли внаслідок голоду чи стресу наявної енергії бракує для нормального функціонування. Тоді, щоб отримати необхідну силу, клітина починає перетравлювати сама себе. Автофагія в ембріонів приводить до розвитку різних типів клітин і тканин.
Як клітинне «вивезення сміття» автофагія усуває або розщеплює бактеріальний і вірусний патоген під час інфекції. Вирішальну роль така утилізація відіграє для стану здоров'я клітини, з якої усуває пошкоджені або нездорові протеїни та елементи.
Ще в 50-х науковці з'ясували, що існують лізосоми — клітинні компартменти, в яких забагато ферменту, що розщеплює протеїни. Потім з'ясувалося, що вони можуть містити і розщеплювати навіть цілі клітинні компоненти. Підозрювали, що тут відбувається активний процес «утилізації».
Автофагія: Йошінорі Осумі першим дослідив автофагосоми і гени й білки, які ними керують. Зображення: Nobelprize.org
Проте як саме відбувається клітинне очищення та які етапи воно охоплює, довго не вдавалося з'ясувати. Проблема полягала в тому, що, очевидно, існував певний проміжний етап, на якому матеріали транспортувалися до лізосом, бувши заздалегідь подрібненими. Мішковидні транспортери не піддавалися спостереженню, бо надто мало живуть.
1992 року цю дилему розв'язав Йошінорі Осумі з Токійського університету. Науковець наважився ближче дослідити питання автофагії, і використав для цього клітини пивних дріжджів. Ідея полягала ось у чому: якщо вдасться призупинити розщеплення мішковидних автофагосом, то вони зберігатимуться протягом достатнього часу, і з'явиться можливість ближче дослідити ті процеси, що в них відбуваються.
Для цього Осумі виростив такий штам дріжджів, у якому не було ферментів, що зазвичай розщеплюють вакуолі та інші клітинні органели. Тоді він дав цим клітинам зголодніти, щоб змусити їх перетравлювати самих себе — саме тоді мали б з'явитися автофагосоми, за якими полював дослідник.
Так і сталося: протягом години наповнені рідиною порожнини клітин заполонили маленькі круглі тільця — автофагосоми. Тоді Осумі вперше спіймав цих важливих учасників клітинного очищення, створивши передумови для того, щоб дослідження автофагії тривали далі.
Потім також відбулися важливі події: ці клітини дріжджів Осумі піддав дії хімікатів, що спричиняли випадкові мутації в їхньому геномі. Ідея була така: якщо гени, які уможливлюють автофагію й утворюють автофагосоми, модифікувати, то клітини їх більше не продукуватимуть.
Завдяки постійному повторенню через роки Осумі вдалося ідентифікувати перші визначальні для автофагії гени. Після наступних експериментів він зміг також описати білки, які їх продукують. Зрештою, науковцеві вдалося розшифрувати загальний каскад протеїнів та протеїнових комплексів, які реґулюють автофагію у клітині.
Завдяки Осумі та розвідкам, що ґрунтувалися на його працях, сьогодні відомо, як відбувається внутрішньоклітинна утилізація відходів та які фізіологічні функції вона виконує. Як «прибиральниця» автофагія відіграє ключову роль у розвитку хвороби Паркінсона, а також раку.
«Автофагія відома вже 50 років, але її фундаментальне значення для фізіології та медицини вперше усвідомили лише завдяки дослідженням Йошінорі Осумі, вони змінили парадигму 90-х років, — йдеться в поясненні Нобелівського комітету. — За своє відкриття Осумі отримує цьогорічну Нобелівську премію з фізіології та медицини».
Medizin-Nobelpreis für Autophagie-Entschlüsselung
Nobel Foundation, 04.10.2016
Зреферувала Соломія Кривенко
05.10.2016