A Nobel-díjat a böjt előnyeinek bizonyításáért ítélték oda. Időszakos böjt, hosszú egészséges élet és sejtautofágia Yoshinori Ohsumi felfedezése

Yoshinori Ohsumi japán biológus Nobel díjas az élettan és az orvostudomány területén.
Képernyőkép a videóból

Elkezdődött a 2016-os Nobel-hét, amelynek során a legtiszteletesebb tudományos díjakat különböző területeken.

Az orvostudomány és élettan díjazottját október 3-án nevezték ki. Yoshinori Osami, a Tokiói Műszaki Egyetem sejtbiológusa volt az, akit "az autofágia mechanizmusainak felfedezéséért" ítéltek oda a Nobel-bizottság honlapján.

Felfedezései megnyitották az utat az autofágia alapvető fontosságának megértéséhez számos fiziológiai folyamatban, például az éhséghez való alkalmazkodásban és a fertőzésekre való reagálásban – fejtették ki a díjról szóló sajtóközleményben.

Az autofágia a sejt szükségtelen részei - a benne felhalmozódott különféle "szemét" - újrahasznosításának és újrahasznosításának folyamata. A kifejezést görögül "önevés" vagy "önevés"-nek fordítják.

autofágia mechanizmus.

A tudósok a múlt század 60-as éveiben fedezték fel ezt a jelenséget. De nem tudták megérteni a mechanizmus bonyolultságát. A 90-es években Osumi csinálta. Kísérleteivel olyan géneket is azonosított, amelyek az autofágiáért felelősek. Osumi lett a történelem 39. tudósa, aki egyedül kapott Nobel-díjat.

Az autofágia az élő szervezetek velejárója, beleértve az embert is. Ennek köszönhetően a sejtek megszabadulnak a felesleges részektől, és a test egésze - a felesleges sejtektől.

A természet felruházta a sejteket azzal a képességgel, hogy megemészsszék azt, ami feleslegesnek vagy károsnak tűnik. Nagyon leegyszerűsítve, a sejtek a "szemetet" speciális zsákokba - autofagoszómákba - csomagolják. Ezután konténerekbe - lizoszómákba - kerülnek, ahol mindez megsemmisül és megemésztődik. A feldolgozott termékeket a sejt táplálására vagy megújítására használják.

fagoszóma képződés.
Infografika: Nobel-bizottság

Az autofágiának köszönhetően a sejt megtisztul a bejutott fertőzéstől és a keletkező méreganyagoktól.

A fagoszóma és a lizoszóma fúziója.
Infografika: Nobel-bizottság

Az autofágia akkor a legaktívabb, amikor a szervezet stressz alatt van. Például éhezni. Ebben az esetben a sejt belső erőforrásaiból, azaz minden felhalmozódott "szemétből" termel energiát, beleértve a kórokozó baktériumokat is.

Egy japán tudós felfedezése azt mutatja, hogy a böjt vagy a böjt még mindig hasznos – az autofágia miatt valóban megtisztul a szervezet.

Ezenkívül megvédi a szervezetet az idő előtti öregedéstől. Talán még fiatalít is, mivel új sejteket hoz létre, eltávolítja a hibás fehérjéket és a sérült intracelluláris elemeket a szervezetből, jó állapotban tartja azt.

Az autofágia folyamatainak megzavarása pedig Parkinson-kórhoz, cukorbetegséghez és még rákhoz is vezethet. Ezt felismerve az orvosok már új gyógyszereket hoznak létre, amelyek kijavíthatják a jogsértéseket, és így gyógyíthatnak.

Nos, megelőzés céljából néha érdemes éheztetni, gyógyító stresszbe kergetve a szervezetet.

Olvassa el a ForumDaily-n is:

Kérjük támogatásukat: járuljon hozzá a ForumDaily projekt fejlesztéséhez

Köszönjük, hogy velünk vagy és bízol! Az elmúlt négy év során rengeteg hálás visszajelzést kaptunk olvasóinktól, akik anyagainkat segítették az Egyesült Államokba költözés utáni élet rendezésében, munkához, tanulmányokhoz, lakáskereséshez vagy gyermek óvodai elrendezéséhez.

Mindig a tiéd, ForumDaily!

Feldolgozás . . .

A Tokiói Technológiai Intézet professzora, Yoshinori Ohsumi. A japán tudóst alapvető munkájáért kapta, amely elmagyarázta a világnak, hogyan történik az autofágia – a sejtösszetevők feldolgozásának és újrahasznosításának kulcsfontosságú folyamata.

Yoshinori Ohsumi munkájának köszönhetően más tudósok is megkapták azokat az eszközöket, amelyek segítségével nemcsak élesztőben, hanem más élőlényekben, köztük emberben is tanulmányozhatták az autofágiát. További kutatások kimutatták, hogy az autofágia egy konzervált folyamat, és nagyjából ugyanúgy fordul elő emberben is. Az autofágia segítségével szervezetünk sejtjei megkapják a hiányzó energia- és építőanyagokat, mozgósítva a belső tartalékokat. Az autofágia részt vesz a sérült eltávolításában sejtszerkezetek amit fontos fenntartani normál működés sejteket. Ezenkívül ez a folyamat a programozott sejthalál egyik mechanizmusa. Autofágia rendellenességek állhatnak a rák és a Parkinson-kór hátterében. Ezenkívül az autofágia célja az intracelluláris fertőző ágensek, például a tuberkulózis kórokozója elleni küzdelem. Talán annak köszönhető, hogy az élesztőgomba egykor felfedte előttünk az autofágia titkát, ezekre és más betegségekre is gyógyírt kapunk.

A Nobel-bizottság közleménye szerint Osumi "felfedezte és megvilágította az autofágia mögött meghúzódó mechanizmusokat, a sejtösszetevők pusztításának és hasznosításának alapvető folyamatát". Maga az „autofágia” szó két görög szóból származik: „auto”, azaz „én”, és „phagein”, azaz „enni”. Így szó szerint azt jelenti, hogy „önevés” (laza fordításban „önevés”).

Az autofágia már több mint 50 éve ismert, de alapvető fontosságát a fiziológia és az orvostudomány számára csak Osumi kutatásai után ismerték fel az 1990-es években. Ezeknek a munkáknak köszönhető, hogy megkapta a Nobel-díjat.

Az autofágia általános megértése az 1960-as években jutott el a tudósokhoz, amikor a kutatók először figyelték meg, hogyan pusztítják el a sejtek saját tartalmukat azáltal, hogy membránokba zárják. E folyamat során hólyagok (mint a képzõdési zsákok) képződnek, amelyek azután a sejt feldolgozó „rekeszébe”, az úgynevezett lizoszómába kerülnek, a későbbi megsemmisítés céljából.

Az organellum (a sejt komponense) az autofagoszóma felszívja a sejt alkotórészeit, majd a lizoszómának "megegye" azokat, amelyekben elpusztulnak.

Ám az információhiány miatt nehéz volt tanulmányozni ennek a jelenségnek a jellemzőit. Osumi briliáns kísérletek sorozatát hajtotta végre az 1990-es évek elején. A tudós különösen sütőélesztőt használt az autofágia folyamatát meghatározó gének azonosítására. A kutató ezután hozzálátott az élesztő „önevés” hátterében rejlő mechanizmusok tisztázásához, és kimutatta, hogy hasonló összetett mechanizmusokat használnak az emberi sejtekben.

Osumi felfedezése új paradigmához vezetett a tudósok megértésében arról, hogy a sejtek hogyan hasznosítják újra tartalmukat. Felfedezése segített megérteni az autofágia alapvető fontosságát számos élettani folyamatban, például az éhezéshez való alkalmazkodásban.

Az autofágiát szabályozó gének mutációi betegségeket okozhatnak. Ezenkívül az autofágia folyamata az onkológiai és neurológiai betegségek fontos összetevője.

Beszéljünk egy kicsit a történelemről, amely nélkül nem létezne maga a felfedezés. Az 1950-es évek közepén a tudósok egy új speciális sejtes "rekeszt" azonosítottak - egy olyan organellumát, amely fehérjéket, szénhidrátokat és zsírokat feldolgozó enzimeket tartalmaz. Az organellumát lizoszómának nevezték, és meghatározták funkcióit (sejtkomponensek elpusztítására szolgáló munkaállomás).

A belga tudós, Christian de Duve egyébként 1974-ben fiziológiai vagy orvosi Nobel-díjat kapott a lizoszómák felfedezéséért.

Az "autofágia" kifejezést először 1963-ban a belga biokémikus, Christian de Duve javasolta, aki kollégáival együtt 1974-ben megkapta az orvosi Nobel-díjat.

Az 1960-as évek új megfigyelései azt mutatták nagyszámú sejtkomponensek, sőt egész organellumok is előfordulhatnak a lizoszómák belsejében.

Kiderült, hogy a sejteknek van egy stratégiájuk arra, hogy nagy "terhelést" szállítsanak a lizoszómáknak. További biokémiai és mikroszkópos vizsgálatok egy új típusú vezikulumot tártak fel, amely az ilyen sejtes rakományokat a lizoszómákba szállítja későbbi megsemmisítés céljából. Christian de Duve ennek a folyamatnak a leírására alkotta meg az autofágia, az „önevés” kifejezést. Az új típusú hólyagokat autolizoszómáknak (vagy autofagoszómáknak) nevezték el.

Az 1970-es és 1980-as években a kutatók egy másik, a fehérjék elpusztítására használt rendszer, a proteaszóma működésének magyarázatára összpontosítottak. A téma részeként Aaron Ciechanover, Avram Hershko és Irwin Rose 2004-ben kémiai Nobel-díjat kapott a felfedezni az ubiquitin szerepét a betegségben sejtrendszer fehérjék lebontása a proteaszómákban". A proteaszómák hatékonyan „egyenként" pusztítják el a fehérjéket, de ez a mechanizmus nem magyarázza meg, hogyan szabadulnak meg a sejtek a nagy fehérjekomplexektől és „elhasznált” organellumoktól.

Osumi japán tudós aktívan részt vett különféle tanulmányokban, de amikor 1998-ban elindította saját laboratóriumát, a fehérjék pusztulásának tanulmányozására összpontosított az élesztő vakuólumában, egy olyan organellumban, amelynek funkciója a emberi sejtek a lizoszóma hajtja végre. Az élesztősejteket viszonylag könnyű tanulmányozni, ezért gyakran használják az emberi sejtek modelljeként. Különösen hasznosak olyan gének azonosítására, amelyek fontos szerepet játszanak a komplex sejtfolyamatokban.

De Osumi komoly problémával szembesült: az élesztősejtek kicsik, és belső szerkezetüket nem olyan könnyű felismerni mikroszkóp alatt. A tudós még abban is kételkedett, hogy ebben az esetben előfordul-e autofágia. A kutató úgy gondolta, hogy ha meg tudja állítani az anyag pusztulását a vakuolában, akkor autofágia van jelen - akkor az autolizoszómák felhalmozódnak a vakuolák belsejében, és mikroszkóp alatt láthatóvá válnak.

A tudós mutáns élesztőgombákat tenyésztett, amelyekben hiányzott a vakuoláris lebomlás, és egyidejűleg serkentette bennük az autofágiát, éhezésre kényszerítve a sejteket. És az eredmények elképesztőek voltak. Órákon belül a vakuolák megteltek kis hólyagokkal, amelyek még nem pusztultak el. A hólyagok autolizoszómák voltak, és a tudós kísérlete bebizonyította, hogy autofágia létezik az élesztősejtekben. De ami még ennél is fontosabb, a tudósnak most megvan a módja annak, hogy azonosítsa és leírja a folyamatban részt vevő kulcsgéneket. Ez az úttörő tanulmány több mint 20 évvel ezelőtt, 1992-ben jelent meg.

Később Osumi kihasználta módosított élesztőtörzseit, amelyekben autolizoszómák halmozódtak fel a koplalás során. Ennek a felhalmozódásnak nem kellett volna megtörténnie, ha az autofágiáért felelős gének inaktiválódnak. Osumi az élesztősejteket olyan vegyszerrel kezelte, amely számos gént szelektíven mutált, majd stimulálta az autofágiát. A stratégiája bevált.

Osumi azonosította az első autofágiához szükséges géneket. A későbbi kísérletek során a tudósok funkcionálisan jellemezték az e gének által kódolt fehérjéket. A kutatási eredmények azt mutatták, hogy az autofágiát fehérjék és fehérjekomplexek egész kaszkádja szabályozza, amelyek mindegyike külön-külön szabályozza a stádiumokat, például az autolizoszómák magképződését vagy képződését.

Osumi mutáns élesztőtörzsek ezreit tanulmányozta, és 15 gént azonosított, amelyek felelősek az autofágia mechanizmusáért.

Az élesztőben az autofágia mechanizmusának meghatározása után egy kérdés megválaszolatlan maradt: van-e megfelelő mechanizmus ennek a folyamatnak a szabályozására más szervezetekben? Hamar kiderült, hogy szinte azonos folyamatok mennek végbe az emberi sejtekben. A tudósok most hozzáférhetnek azokhoz az eszközökhöz, amelyekre szükségük van az autofágia emberi szervezetre gyakorolt ​​​​hatásainak tanulmányozásához.

Ohsuminak és követőinek köszönhetően ma már a világ tudja, hogy az autofágia olyan fontos élettani funkciókat irányít, amelyek során a sejtösszetevőket újra kell hasznosítani vagy meg kell semmisíteni.

Az autofágia gyorsan üzemanyagot és építőelemeket tud biztosítani a sejtösszetevők megújulásához. Ezért a folyamat elengedhetetlen az éhezésre és más típusú stresszre adott sejtválaszhoz. Ezenkívül a fertőzés során az autofágia segít megállni.

Az autofágia elősegíti az embrionális fejlődést és a sejtdifferenciálódást is. A sejtek autofágiát is használnak a sérült fehérjék és organellumok eltávolítására – ez a „minőség-ellenőrzési” mechanizmus megvan alapvető harcolni negatív következményeiöregedés.

Az autofágia olyan fiziológiai folyamatokhoz kapcsolódik, mint az emberi embrió fejlődése és a sejtdifferenciálódás, a különböző stresszes helyzetek a szervezetben. Az autofágia neurodegeneratív betegségekben, rákban és különféle fertőzésekben fordul elő.

Az autofágia folyamatok megzavarását egyébként Parkinson-kórral, 2-es típusú cukorbetegséggel és más, általában idős korban jelentkező betegségekkel is összefüggésbe hozták.

Az autofágia szempontjából fontos gének mutációit okozhatja genetikai betegség, az autofágia mechanizmusainak megsértése is az onkológiához kapcsolódik. Napjainkban számos tanulmány folyik az autofágiát serkentő gyógyszerek kifejlesztésére különböző betegségekben.

Emlékezzünk vissza, hogy ma, október 3-án kezdődött Stockholmban a Nobel-hét. A hagyomány szerint a kezdete jelzett.

Október 3-án a Nobel-bizottság kihirdette az Élettani vagy Orvostudományi Díj nyertesét. Ők lettek a japán Yoshinori Osumi. A díj szövege: "Az autofágia mechanizmusainak felfedezéséért." Mi az autofágia? Miért fontos gyakorlati szempontból? Hogyan kapcsolódik az autofágia a böjthöz és a fogyáshoz? Miért segít? rákos daganatok túlélni? És végül, miért egy ember lett a díjazott, és nem több, mint általában? Svetlana Yastrebova újságíró és biológus magyarázza.

A Tokiói Technológiai Intézet professzora, Yoshinori Ohsumi az íróasztalánál ült a laborban, amikor a Nobel-bizottság váratlan hírrel hívta: 2016-ban elnyerte a fiziológiai vagy orvosi díjat. A 71 éves japán férfi még mindig aktívan dolgozik az autofágia témáján, amiért megkapta a legmagasabb tudományos kitüntetést.

sejtlerakás

Az autofágia 27 éve áll Osumi kutatási érdeklődésének középpontjában. Az 1980-as évek végén, amikor először kezdett foglalkozni ezzel a témával, ismert volt, hogy a sejtek valahogy megszabadulnak szerkezetüktől és egyedi molekuláiktól, amelyek hirtelen szükségtelenné váltak. Furcsa lenne azonban, ha ez nem így lenne: minden szervezet képes eltávolítani a salakanyagokat.

A tudósok régóta tudják, hogy a sejtek speciális organellumokat, úgynevezett lizoszómákat tartalmaznak. Többször találtak más sejtszerkezetek roncsolt töredékeit. És magát az "autofágia" kifejezést jóval Osumi munkája előtt javasolták. Ezt a szót 1963-ban Christian de Duve, egy tudós alkotta meg, aki 1974-ben fiziológiai Nobel-díjat kapott a lizoszómák felfedezéséért.

A lizoszómák mellett a biológusok felfedezték autofagoszómák- "kocsik" a sejtfragmensek lizoszómákba történő szállítására. Amikor a sejt valamely komponense szükségtelenné válik, egy speciális membrán veszi körül, és egy buborék keletkezik, benne organoiddal (vagy annak egy részével). Ez a vezikula megközelíti a lizoszómát, és összeolvad vele. Ott talál utolsó menedéket a sejt "szemét" töredéke - speciális enzimek egyszerű komponensekre bontják.

A lizoszómákat sokáig úgy tekintették, mint egy "lerakóhelyet" minden szükségtelen sejtszerkezet számára. Igaz, egy ilyen nézőpont nem adott választ arra a kérdésre: hogyan újul meg egy sejt? Miért nem növekszik a "dömping" mérete tízszeresére és százszorosára az ilyen sejtek, például a neuronok teljes élettartama alatt? És mivel ilyen kérdések merültek fel, logikus volt azt feltételezni, hogy a sejtek (ellentétben a legtöbb emberrel) nem függenek száz százalékban a külső táplálékforrásoktól, és többször használják fel a rendelkezésre álló belső erőforrásokat. Ahhoz, hogy ez pontosan hogyan történik, olyan anyagokat kellett találni, amelyek kiváltják és támogatják a meghibásodott organellumok és molekulák feldolgozásának reakcióit.

Ezért néhány évvel a lizoszómák felfedezése után, az 1980-as években a kutatók figyelmüket az újonnan felfedezett organellumok - proteaszómák - felé fordították. Ahogy a nevük is sugallja, fehérjékkel foglalkoznak – és egyszerűen csak fehérjékkel. Kiderült, hogy a fehérje proteaszómájának "jegye" a "fekete jel" - az ubiquitin molekula. Az ilyen jelölt fehérje belép a proteaszómába, és ott a proteáz enzimek rovására lebomlik aminosavakra. A sejt ezután ezeket az aminosavakat használja fel más fehérjék felépítésére. Egy embernek napi 200-300 gramm fehérjére van szüksége, de csak körülbelül 70 gramm jut étellel, a többi sejt a proteaszómákban található felesleges fehérjék feldolgozásával jut hozzá.

A proteaszómák vizsgálata azonban nem adott választ arra a kérdésre, hogy a sejt hogyan dolgozza fel az egyes fehérjemolekuláknál nagyobb fragmentumokat. Mi dolgozza fel a nagyméretű organellumokat a lizoszómákban? Erről a munkák előtt Senki sem ismerte Yoshinori Osumit.

varázsgombák

Osumi az élesztőt választotta kísérleti tárgyul - egysejtű gombákat, amelyek gyorsan szaporodnak ivartalanul. Meglehetősen könnyű megfigyelni növekedésüket és fejlődésüket, ha egy közönséges fénymikroszkóppal rendelkezik. Egyrészt az élesztőgombák egyszerű organizmusok, és minden sejtjük többé-kevésbé azonos szerkezetű. Másrészt, mint minden gomba, szerkezetükben meglehetősen közel állnak az állatokhoz, tehát az emberekhez. A gombák sejtjeiben, akárcsak a miénkben, van egy sejtmag, mitokondriumok (az energiatermelést szolgáló organellumok), van egy apparátus a fehérjék előállítására és egy apparátus a lebontásukra (proteaszómák). Az élesztőnek az állati lizoszómák analógja is van - vakuolák. Elég nagyok ahhoz, hogy mikroszkóp alatt is megfigyelhetők legyenek.

Az autofágia esetében nem mindegy, hogy mely fehérjéket kell elpusztítani – magában a sejtben vagy azon kívül keletkezett. Ez pedig azt jelenti, hogy segítségével megszabadulhat a sejtekbe jutó, különféle betegségeket okozó vírusoktól és baktériumoktól. Kimutatták, hogy a kórokozók a vírusos és bakteriális betegségek az evolúció során összetett védekezési mechanizmusokat fejlesztenek ki annak érdekében, hogy ne kerüljenek az autofagoszómák forró keze alá, vagy ne állítsák le működésüket. Általánosságban elmondható, hogy az autofágia az immunrendszer számos folyamatában fontos, a gyulladástól a vírusok és baktériumok elleni védelemig.

Végül az autofágia akkor is hasznos, ha a sejt szerkezetét gyorsan és gyakran újra kell építeni. Ez az igény az embrionális fejlődés során merül fel. Az embrió szöveteiben fellépő elváltozások éppen az aktív autofágia következtében gyorsan fejlődnek. A sejt egyes, funkcióját betöltött részei alkotóelemekre bomlanak, és új, "relevánsabb" organellumokat építenek belőlük. Az autofágia folyamatok megsértése az embriókban ahhoz a tényhez vezet, hogy fejlődésük jelentősen lelassul.

magányos szamuráj

2011-től napjainkig az élettani vagy orvosi Nobel-díjat egyetlen személy sem kapta. Mindig több kutató volt, akiknek tudományos érdeklődése egy-egy területre irányult. De Yoshinori Ohsumi esetében nem ez volt a helyzet. Miért?

Nem valószínű, hogy hamarosan megtudjuk a pontos választ erre a kérdésre: a jelöltek kilétét és az őket 2016-ban jelölteket a következő 50 évben titokban tartják. De egy biztos: amikor Osumi elkezdte az autofágia kutatását, szinte senkit sem érdekelt. Azonban minden jelentős tudós, aki hozzájárult a lizoszómák, autofagoszómák felfedezéséhez és funkcióik tanulmányozásához, már az 1990-es években megkapta a Nobel-bizottság díjat.

Osumi tudományos pályafutása során fogadást kötött egy kevéssé tanulmányozott, népszerűtlen témára, és nem veszített. Igaz, a díjazott elmondása szerint nem azt a célt tűzte ki maga elé, hogy rangos díjat kapjon. Egy friss interjúban megjegyezte: "Nem minden fiatal szakember lesz sikeres a tudományban, de egy próbát mindenképpen megér." Mint látjuk, próbálkozása sikeres volt.