Nobelova nagrada dodijeljena je za dokazivanje dobrobiti posta. Povremeni post, dug zdrav život i stanična autofagija Otkriće Yoshinorija Ohsumija

Japanski biolog Yoshinori Ohsumi Nobelovac u području fiziologije i medicine.
Snimka zaslona iz videa

Počeo je Nobelov tjedan 2016. tijekom kojeg su najpočasniji znanstvene nagrade u različitim područjima.

Laureat za medicinu i fiziologiju proglašen je 3. listopada. Bio je to Yoshinori Osami, stanični biolog s Tehnološkog sveučilišta u Tokiju, koji je nagrađen "za svoje otkriće mehanizama autofagije", navodi se na web stranici Nobelovog odbora.

Njegova su otkrića utrla put razumijevanju temeljne važnosti autofagije za niz fizioloških procesa, poput prilagodbe na glad i odgovor na infekciju, objašnjeno je u priopćenju za tisak povodom dodjele nagrade.

Autofagija je proces recikliranja i recikliranja nepotrebnih dijelova stanice – raznog “smeća” nakupljenog u njoj. Izraz je preveden s grčkog kao "samojedenje" ili "samojedenje".

mehanizam autofagije.

Znanstvenici su ovaj fenomen otkrili još 60-ih godina prošlog stoljeća. Ali nisu mogli razumjeti zamršenost mehanizma. U 90-ima je to uspio Osumi. Svojim je eksperimentima također identificirao gene koji su odgovorni za autofagiju. Osumi je postao 39. znanstvenik u povijesti koji je sam dobio Nobelovu nagradu.

Autofagija je svojstvena živim organizmima, uključujući i ljude. Zahvaljujući njemu, stanice se oslobađaju nepotrebnih dijelova, a tijelo u cjelini - od nepotrebnih stanica.

Priroda je stanice obdarila sposobnošću da probavljaju ono što "izgleda" suvišno ili štetno. Najjednostavnije rečeno, stanice pakiraju "smeće" u posebne vrećice - autofagosome. Zatim se prebacuju u spremnike - lizosome, gdje se sve to uništava i probavlja. Prerađeni proizvodi koriste se za hranjenje ili obnavljanje stanice.

stvaranje fagosoma.
Infografika: Nobelov odbor

Zahvaljujući autofagiji, stanica se čisti od infekcije koja je ušla u nju i od nastalih toksina.

Fuzija fagosoma i lizosoma.
Infografika: Nobelov odbor

Autofagija je najaktivnija kada je tijelo pod stresom. Na primjer, gladovanje. U ovom slučaju stanica stvara energiju iz svojih unutarnjih resursa, odnosno iz nakupljenog "smeća", uključujući i patogene bakterije.

Otkriće japanskog znanstvenika pokazuje da je post ili post ipak koristan – tijelo se doista čisti zahvaljujući autofagiji.

Također štiti tijelo od preranog starenja. Možda čak i pomlađuje jer stvara nove stanice, uklanja neispravne proteine ​​i oštećene unutarstanične elemente iz tijela, održavajući ga u dobrom stanju.

A poremećaji u procesima autofagije dovode do Parkinsonove bolesti, dijabetesa, pa čak i raka. Shvaćajući to, liječnici već stvaraju nove lijekove koji mogu ispraviti kršenja i, prema tome, izliječiti.

Pa, u svrhu prevencije, ponekad vrijedi gladovati, tjerajući tijelo u ljekoviti stres.

Pročitajte i na ForumDaily:

Molimo vas za podršku: dajte svoj doprinos razvoju projekta ForumDaily

Hvala što ste ostali uz nas i ukazali nam povjerenje! Tijekom protekle četiri godine dobili smo mnogo zahvalnih povratnih informacija od čitatelja koji su pomogli našim materijalima organizirati život nakon preseljenja u Sjedinjene Države, dobiti posao ili školovanje, pronaći smještaj ili dogovoriti dijete u vrtiću.

Uvijek tvoj, ForumDaily!

Obrada . . .

Profesor Tokyo Institute of Technology Yoshinori Ohsumi. Japanski znanstvenik dobio ju je za svoj temeljni rad koji je svijetu objasnio kako nastaje autofagija - ključni proces za obradu i recikliranje staničnih komponenti.

Zahvaljujući radu Yoshinorija Ohsumija, drugi su znanstvenici dobili alate za proučavanje autofagije ne samo kod kvasca, već i kod drugih živih bića, uključujući ljude. Daljnja istraživanja su pokazala da je autofagija očuvan proces i da se na gotovo isti način događa kod ljudi. Uz pomoć autofagije, stanice našeg tijela dobivaju nedostajuću energiju i građevne resurse, mobilizirajući unutarnje rezerve. Autofagija je uključena u uklanjanje oštećenih stanične strukture koje je važno održavati normalna operacija Stanice. Također, ovaj proces je jedan od mehanizama programirane stanične smrti. Poremećaji autofagije mogu biti u pozadini raka i Parkinsonove bolesti. Osim toga, autofagija je usmjerena na borbu protiv intracelularnih infektivnih agenasa, na primjer, uzročnika tuberkuloze. Možda ćemo zahvaljujući tome što nam je kvasac svojedobno otkrio tajnu autofagije dobiti lijek za te i druge bolesti.

Nobelov odbor je u priopćenju rekao da je Osumi "otkrio i razjasnio mehanizme koji leže u osnovi autofagije, temeljnog procesa uništavanja i korištenja staničnih komponenti". Sama riječ "autofagija" dolazi od dvije grčke riječi - "auto", što znači "ja", i "phagein", što znači "jesti". Dakle, to doslovno znači "samojedenje" (u slobodnom prijevodu "samojedenje").

Autofagija je poznata više od 50 godina, ali njezina temeljna važnost za fiziologiju i medicinu prepoznata je tek nakon Osumijevih istraživanja 1990-ih. Upravo zahvaljujući tim djelima dobio je Nobelovu nagradu.

Znanstvenici su do općeg razumijevanja autofagije došli 1960-ih, kada su istraživači prvi put primijetili kako stanice uništavaju vlastiti sadržaj zatvarajući ga u membrane. Tijekom ovog procesa formiraju se vezikule (poput vrećica za formiranje), koje se zatim isporučuju u "odjeljak" za obradu u stanici, koji se naziva lizosom), za naknadno uništenje.

Organela (komponenta stanice) autofagosom apsorbira komponente stanice i zatim ih daje na "pojedenje" lizosomu, u kojem one bivaju uništene.

Ali zbog nedostatka informacija, bilo je teško proučavati značajke ovog fenomena. Osumi je proveo niz briljantnih eksperimenata početkom 1990-ih. Konkretno, znanstvenik je koristio pekarski kvasac za identifikaciju gena koji određuju tijek procesa autofagije. Istraživač je zatim nastavio s razjašnjavanjem mehanizama koji leže u pozadini "samojedenja" kod kvasca i pokazao da se slični složeni mehanizmi koriste u ljudskim stanicama.

Osumijevo otkriće dovelo je do nove paradigme u razumijevanju znanstvenika o tome kako stanice recikliraju svoj sadržaj. Njegovo je otkriće pomoglo utrti put razumijevanju temeljne važnosti autofagije u mnogim fiziološkim procesima, poput prilagodbe na gladovanje.

Mutacije u genima koji kontroliraju autofagiju mogu uzrokovati bolest. Osim toga, proces autofagije je važna komponenta onkoloških i neuroloških bolesti.

Razgovarajmo malo o povijesti, bez koje ne bi bilo ni samog otkrića. Sredinom 1950-ih znanstvenici su identificirali novi specijalizirani stanični "odjeljak" - organelu koja sadrži enzime koji obrađuju proteine, ugljikohidrate i masti. Organel je nazvan lizosom i utvrđene su njegove funkcije (radna stanica za razaranje staničnih komponenti).

Inače, belgijski znanstvenik Christian de Duve 1974. godine dobio je Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu za otkriće lizosoma.

Pojam "autofagija" prvi je predložio 1963. godine belgijski biokemičar Christian de Duve, koji je zajedno sa svojim kolegama dobio Nobelovu nagradu za medicinu 1974. godine.

To su pokazala nova promatranja 1960-ih veliki broj stanične komponente, pa čak i cijele organele ponekad se mogu naći unutar lizosoma.

Ispostavilo se da stanice imaju strategiju za isporuku velikih "opterećenja" lizosomima. Daljnje biokemijske i mikroskopske studije otkrile su novu vrstu vezikula koje prenose takav stanični teret do lizosoma za kasnije uništenje. Christian de Duve skovao je izraz autofagija, "samojedenje", kako bi opisao ovaj proces. Nova vrsta vezikula nazvana je autolizosomima (ili autofagosomima).

Tijekom 1970-ih i 1980-ih istraživači su se usredotočili na objašnjenje rada drugog sustava koji se koristi za uništavanje proteina, proteasoma. I kao dio ove teme, Aaron Ciechanover, Avram Hershko i Irwin Rose dobili su Nobelovu nagradu za kemiju 2004. za " otkriće uloge ubikvitina u stanični sustav razgradnja proteina u proteasomima". Proteasomi učinkovito uništavaju proteine ​​"jedan po jedan", ali ovaj mehanizam ne objašnjava kako se stanice rješavaju velikih proteinskih kompleksa i "istrošenih" organela.

Japanski znanstvenik Osumi aktivno je sudjelovao u raznim istraživanjima, ali kada je 1998. pokrenuo vlastiti laboratorij, usredotočio se na proučavanje uništavanja proteina u vakuoli kvasca, organele čija je funkcija da ljudske stanice obavlja lizosom. Stanice kvasca je relativno lako proučavati i stoga se često koriste kao model za ljudske stanice. Posebno su korisni za identifikaciju gena koji igraju važnu ulogu u složenim staničnim procesima.

No, Osumi se suočio s ozbiljnim problemom - stanice kvasca su male i njihovu unutarnju strukturu nije tako lako razaznati pod mikroskopom. Znanstvenik je čak sumnjao da u ovom slučaju dolazi do autofagije. Istraživač je zaključio da ako može zaustaviti proces uništavanja materijala u vakuoli, onda je prisutna autofagija - tada bi se autolizosomi trebali nakupiti unutar vakuole i postati vidljivi pod mikroskopom.

Znanstvenik je uzgojio mutirane kvasce s nedostatkom vakuolarne degradacije i istovremeno u njima potaknuo autofagiju, tjerajući stanice na gladovanje. A rezultati su bili nevjerojatni. U roku od nekoliko sati, vakuole su se napunile malim vezikulama koje još nisu bile uništene. Vezikule su bile autolizosomi, a znanstvenikov je eksperiment dokazao da u stanicama kvasca postoji autofagija. Ali što je još važnije, znanstvenik sada ima način identificirati i opisati ključne gene uključene u ovaj proces. Ova revolucionarna studija objavljena je prije više od 20 godina, 1992.

Kasnije je Osumi iskoristio svoje modificirane sojeve kvasca u kojima su se autolizosomi nakupljali tijekom posta. Do ovog nakupljanja ne bi trebalo doći da su geni odgovorni za autofagiju bili inaktivirani. Osumi je tretirao stanice kvasca kemikalijom koja je selektivno mutirala mnoge gene, a zatim je stimulirao autofagiju. Njegova je strategija upalila.

Osumi je identificirao prve gene potrebne za autofagiju. I tijekom sljedećih eksperimenata, znanstvenici su funkcionalno karakterizirali proteine ​​kodirane ovim genima. Rezultati istraživanja su pokazali da autofagijom upravlja cijela kaskada proteina i proteinskih kompleksa, od kojih svaki regulira zasebne faze, poput nukleacije ili stvaranja autolizosoma.

Osumi je proučavao tisuće mutantnih sojeva kvasca i identificirao 15 gena koji su odgovorni za mehanizam autofagije.

Nakon utvrđivanja mehanizma autofagije kod kvasca, jedno je pitanje ostalo neriješeno: postoji li odgovarajući mehanizam za kontrolu ovog procesa u drugim organizmima? Ubrzo je postalo jasno da se gotovo identični procesi odvijaju u ljudskim stanicama. Sada znanstvenici imaju pristup alatima koji su im potrebni za proučavanje implikacija autofagije u ljudskom tijelu.

A zahvaljujući Ohsumiju i njegovim sljedbenicima, danas svijet zna da autofagija kontrolira važne fiziološke funkcije u kojima se stanične komponente moraju reciklirati ili uništiti.

Autofagija može brzo osigurati gorivo i građevne blokove za obnovu staničnih komponenti. Stoga je proces bitan za stanični odgovor na gladovanje i druge vrste stresa. Osim toga, tijekom infekcije, autofagija pomaže zaustaviti .

Autofagija također potiče embrionalni razvoj i staničnu diferencijaciju. Stanice također koriste autofagiju za eliminaciju oštećenih proteina i organela - taj mehanizam "kontrole kvalitete" ima presudno boriti se negativne posljedice starenje.

Autofagija je povezana s takvim fiziološkim procesima kao što su razvoj ljudskog embrija i diferencijacija stanica, razne stresne situacije u tijelu. Autofagija se javlja kod neurodegenerativnih bolesti, raka i raznih infekcija.

Inače, poremećaj procesa autofagije povezivan je i s Parkinsonovom bolešću, dijabetesom tipa 2 i drugim bolestima koje se obično javljaju u starijoj dobi.

Mutacije u genima važnima za autofagiju mogu biti uzrokovane genetska bolest, također je kršenje mehanizama autofagije povezano s onkologijom. Danas su u tijeku brojne studije za razvoj lijekova namijenjenih poticanju autofagije kod raznih bolesti.

Podsjetimo, danas, 3. listopada, u Stockholmu je započeo Nobelov tjedan. Prema tradiciji, njegov početak označava.

Nobelov odbor je 3. listopada objavio dobitnika Nagrade za fiziologiju ili medicinu. Postali su Japanac Yoshinori Osumi. Formulacija nagrade glasi: "Za otkriće mehanizama autofagije". Što je autofagija? Zašto je to važno s praktičnog gledišta? Kako je autofagija povezana s postom i mršavljenjem? Zašto ona pomaže? kancerogenih tumora preživjeti? I, konačno, zašto je laureat postala jedna osoba, a ne nekoliko, kao što je to uobičajeno? Objašnjava novinarka i biologinja Svetlana Yastrebova.

Profesor Tokyo Institute of Technology Yoshinori Ohsumi bio je za svojim stolom u laboratoriju kada ga je Nobelov odbor nazvao s neočekivanim vijestima: osvojio je nagradu za fiziologiju ili medicinu 2016. godine. Ovaj 71-godišnji Japanac još uvijek aktivno radi na temi autofagije, za što je dobio najveću znanstvenu nagradu.

stanica dump

Autofagija je u središtu Osumijevih istraživačkih interesa već 27 godina. U kasnim 1980-ima, kada je prvi put počeo raditi na ovoj temi, bilo je poznato da se stanice na neki način rješavaju svojih struktura i pojedinačnih molekula koje su odjednom postale nepotrebne. Međutim, bilo bi čudno da to nije tako: svi organizmi su sposobni ukloniti otpadne tvari.

Znanstvenici već dugo znaju da stanice sadrže posebne organele zvane lizosomi. Oni su opetovano pronalazili oronule fragmente drugih staničnih struktura. A sam pojam "autofagija" predložen je davno prije rada Osumija. Ovu riječ skovao je 1963. Christian de Duve, znanstvenik koji je i sam dobio Nobelovu nagradu za fiziologiju 1974. za otkriće lizosoma.

Osim lizosoma, biolozi su otkrili autofagosomi- "kolica" za transport fragmenata stanica do lizosoma. Kada neka komponenta stanice postane nepotrebna, okruži je posebna membrana i dobije se mjehurić u kojem se nalazi organoid (ili njegov dio). Ova vezikula se približava lizosomu i spaja s njim. Tamo "smeće" fragment ćelije nalazi svoje posljednje utočište - posebni enzimi ga razgrađuju na jednostavne komponente.

Dugo su se vremena lizosomi smatrali nekom vrstom "odlagališta" za sve nepotrebne stanične strukture. Istina, takvo gledište nije dalo odgovor na pitanje: kako se stanica obnavlja? Zašto se "smetlište" ne poveća za desetke i stotine puta tijekom cijelog dugog života takvih stanica kao što su, na primjer, neuroni? A budući da su se takva pitanja pojavila, bilo je logično pretpostaviti da stanice (za razliku od većine ljudi) ne ovise sto posto o vanjskim izvorima hrane i višestruko koriste raspoložive unutarnje resurse. Kako bismo saznali kako se to točno događa, bilo je potrebno pronaći tvari koje pokreću i podržavaju reakcije prerade pokvarenih organela i molekula.

Stoga su nekoliko godina nakon otkrića lizosoma, osamdesetih godina prošlog stoljeća, istraživači usmjerili pažnju na novootkrivene organele – proteasome. Kao što im ime govori, bave se proteinima – i jednostavno, proteinima. Ispostavilo se da je "ulaznica" do proteasoma za protein "crna oznaka" - molekula ubikvitina. Tako označeni protein ulazi u proteasom i tamo se razgrađuje na račun enzima proteaze na aminokiseline. Stanica zatim koristi te aminokiseline za izgradnju drugih proteina. Čovjek treba 200-300 grama proteina dnevno, ali samo oko 70 grama dolazi s hranom.Ostatak stanice dobivaju preradom nepotrebnih proteina u proteasomima.

Proučavanje proteasoma, međutim, nije dalo odgovor na pitanje kako stanica obrađuje fragmente veće od pojedinačnih proteinskih molekula. Što obrađuje velike dijelove organela u lizosomima? O ovome prije radova Nitko nije poznavao Yoshinorija Osumija.

čarobne gljive

Osumi je kao objekt za eksperimente odabrao kvasac - jednostanične gljive koje se brzo razmnožavaju nespolno. Njihov rast i razvoj vrlo je lako promatrati ako imate običan svjetlosni mikroskop. S jedne strane, kvasci su jednostavni organizmi i sve njihove stanice imaju više-manje istu strukturu. S druge strane, one su, kao i sve gljive, po strukturi dosta bliske životinjama, a samim time i ljudima. U stanicama gljiva, kao i u našoj, postoji jezgra, mitohondriji (organele za proizvodnju energije), postoji aparat za proizvodnju proteina i aparat za njihovu razgradnju (proteasomi). Kvasac također ima analog životinjskih lizosoma - vakuole. Dovoljno su velike da se mogu promatrati pod mikroskopom.

Za autofagiju nije važno koje proteine ​​uništiti – nastale u samoj stanici ili izvan nje. A to znači da se uz njegovu pomoć možete riješiti virusa i bakterija koje ulaze u stanice i uzrokuju razne bolesti. Dokazano je da uzročnici virusnih i bakterijske bolesti tijekom evolucije razvijaju složene obrambene mehanizme kako ne bi pale pod vruću ruku autofagosoma ili zaustavile njihovo djelovanje. Općenito, autofagija je važna za niz procesa u imunološkom sustavu, od upale do zaštite od virusa i bakterija.

Konačno, autofagija je također korisna kada strukturu stanice treba brzo i često obnoviti. Ova potreba javlja se tijekom embrionalnog razvoja. Promjene koje se događaju u tkivima embrija brzo se razvijaju upravo zahvaljujući aktivnoj autofagiji. Neki dijelovi stanice koji su ispunili svoju funkciju razgrađuju se na sastavne elemente, a od njih se grade nove, "relevantnije" organele. Kršenje procesa autofagije u embrijima dovodi do činjenice da je njihov razvoj značajno usporen.

usamljeni samuraj

Od 2011. do danas Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu nikada nije otišla jednoj osobi. Uvijek je bilo više istraživača čiji su znanstveni interesi bili u jednom području. Ali u slučaju Yoshinorija Ohsumija to nije bio slučaj. Zašto?

Malo je vjerojatno da ćemo uskoro znati točan odgovor na ovo pitanje: identitet nominiranih i ljudi koji su ih nominirali 2016. tajit će se sljedećih 50 godina. Ali jedno je sigurno: kada je Osumi započeo svoje istraživanje autofagije, to gotovo nikoga nije zanimalo. No, svi veliki znanstvenici koji su pridonijeli otkriću lizosoma, autofagosoma i proučavanju njihovih funkcija već su 1990-ih dobili nagrade Nobelovog odbora.

Osumi se u svojoj znanstvenoj karijeri kladio na malo proučavanu nepopularnu temu i nije izgubio. Istina, prema riječima laureata, nije si postavio cilj dobiti prestižnu nagradu. U nedavnom je intervjuu primijetio: "Neće svi mladi stručnjaci uspjeti u znanosti, ali svakako vrijedi pokušati." Kao što vidimo, pokušaj mu je bio uspješan.