Аутофагия — голод, приводящий к возрождению

За это исследование в 2016 г. ученому была присуждена Нобелевская премия по медицине и физиологии.

Ёсинори Осуми начал исследовать дрожжевые клетки, обратив особое внимание на функционирование вакуолей в них. Выяснилось, что если поместить клетку в среду, где не хватает азота, то она начинает ремоделировать себя из-за воздействия такой среды. При использовании белка такой клетки обнаружилось, что за мембраной вакуоли появилась двухмембранная структура, окруженная белком, — аутофагосома, в которой оказываются молекулы, митохондрии, рибосомы и другие органеллы. Затем аутофагосома соединяется с лизосомой и появляется аутофаголизосома. В ней, в свою очередь, молекулы и органеллы распадаются на мономеры, из которых могут появиться новые белки, липиды и нуклеиновые кислоты. При этом клетка живет дальше, а организм получает питательные вещества изнутри. Поврежденные элементы клетки при этом процессе удаляются.

Но какой ген отвечает за это и что за белок участвует в данном процессе? В ходе экспериментов выяснилось, что за формирование аутофагосомы в дрожжах при условиях голодания отвечает ген ATG18 и сложный белок, комплекс P13. Позже Ёсинори Осуми с коллегами обнаружили примерно 30 ATG-генов.

Стало известно, что если их инактивировать или мутировать, то аутофагосомы начнут образовываться с дефектами или процесс аутофагии вовсе не начнется.

Затем в ходе экспериментов для понимания механизма аутофагии создается генетически модифицированная мышь с рекомбинантным белком, в него входит белок LC3 и зеленый флуоресцирующий белок GFP. С помощью флуоресцентного микроскопа удалось увидеть, как происходит аутофагия в разных органах животного в условиях голодания. Кроме того, выведена мышь с "выключенным" геном ATG5. Новорожденные мышата погибли в течение суток после появления на свет, но это печальное обстоятельство позволило доказать важность аутофагии для жизни и развития организма.

ЗНАЧЕНИЕ АУТОФАГИИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ И ФАРМАКОЛОГИИ

Итак, аутофагия — неотъемлемая часть адаптации к голоданию. Она нужна для выживания клетки в стрессовых ситуациях и борьбы с распространенными бактериями. Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях, но если процесс зашел слишком далеко, то клетка погибает.

Сегодня аутофагию рассматривают в качестве лекарства от онкологических и нейродегенеративных болезней, а также возможности омоложения, восстановления организма и увеличения продолжительности жизни.

Поскольку при аутофагии клетки теряют отработанные и дефективные части, то это может помочь тем, кто страдает болезнью Альцгеймера или Паркинсона, т.к. при данных заболеваниях в нейронах накапливаются агрегаты неправильно свернутых белков.

Что касается онкологии, то в этом случае аутофагия может и навредить, сделав клетки опухоли более устойчивыми к лечению, но вместе с тем она способна замедлить или подавить развитие злокачественных клеток на ранней стадии. Для этого сегодня идут клинические исследования ингибиторов аутофагии, которые могут быть эффективными при лечении рака.

Важно помнить, что клетки в нашем организме с разными механизмами саморегуляции, поэтому аутофагия в них проходит по–разному. Исследования этого процесса еще на закончены, поэтому еще предстоит выяснить, как он проходит в разном типе клеток и как можно регулировать степень воздействия аутофагии на организм. Тогда в будущем можно будет использовать ее для разработки лекарственных средств и персонализированного лечения.

По материалам лекции "Аутофагия и особенности голодания, продлевающего жизнь" в рамках XVIII Ассамблеи "Здоровая Москва"