В этом году лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине стал японский ученый Ёсинори Осуми [Yoshinori Ohsumi] за исследования механизмов аутофагии. Сам термин «аутофагия» появился еще в 60-х годах прошлого века. Его стали использовать в отношении клеточных механизмов очистки организма от деградировавших белков. Ученые выяснили, что при помощи этого процесса клетка очищается от внутриклеточного мусора, отправляя его в лизосомы. Лизосома (от греч. λύσις — растворяю и sōma — тело) — окружённый мембраной клеточный органоид, в полости которого поддерживается кислая среда и находится множество растворимых гидролитических ферментов. Лизосома отвечает за внутриклеточное переваривание макромолекул, в том числе при аутофагии.
Несмотря на то, что процесс был известен ученым уже давно, детали его оставались неизученными. Для того, чтобы изучить процесс аутофагии во всех подробностях, Осуми провел несколько остроумных экспериментов. Практически все свои опыты он проводил на пекарских дрожжах, стараясь идентифицировать гены, которые отвечают за аутофагию. Далее он сравнил механизм аутофагии в клетках дрожжей с аналогичным механизмом в клетках человека. Японцу удалось показать, что в наших собственных клетках процесс происходит примерно по такому же сценарию.
Также японский ученый сделал несколько открытий, показав, что аутофагия очень важна в различных физиологических процессах. Мутации в генах, отвечающих за механизм аутофагии могут приводить к появлению заболеваний, включая рак и нейрологические заболевания. Другие ученые, воспользовавших результатами работы Осуми, выяснили, что нарушения в механизме аутофагии могут приводить к появлению болезни Паркинсона, диабета второго типа и других болезней. Плюс ко всему, аутофагия играет значительную роль в процессе развития эмбрионов многих существ. Нужна она и в случае борьбы организма как с бактериальными, так и вирусными инфекциями.
Дрожжи были выбраны японцем о той причине, что их можно рассматривать, как простейшую эукариотическую систему. Здесь, как и говорилось выше, очень мало отличий в механизмах аутофагии с теми, что работают в клетках человека.
Осуми утверждает, что есть два основных пути, по которым происходит аутофагия. Первый — это деградация в протеасоме. Так называют крупную мультисубъединичную протеазу, присутствующую в клетках эукариот, архей и некоторых бактерий. В эукариотических клетках протеасомы содержатся и в ядре, и в цитоплазме. Основная задача протеасомы в организме — протеолитическая деградация ненужных и повреждённых белков до коротких пептидов (4—25 аминокислотных остатков), которые затем могут быть расщеплены до отдельных аминокислот. Работа протеасом была изучена в 70-х/80-х годах прошлого века. В 2004 году за прояснение деталей процесса деградации белков в протеасомах Нобелевскую премию получили Аарон Чихановер [Aaron Ciechanover], Аврам Хершко [Avram Hershko] и Ирвин Розе [Irwin Rose].
Второй путь уже упоминался выше — это разрушение белков в специальных органеллах, которые представляют собой окруженные мембраной пузырьки. Такие органеллы называются лизосомы. Лизосомы были открыты в середине 50-х годов прошлого века. За открытие лизосом была присуждена Нобелевская премию по физиологии и медицине, которую в 1974 году получил бельгийский ученый Кристиан де Дюв [Christian de Duve]. Этот ученый первым ввел термин «аутофагия».
Ёсинори Осуми смог вывести особый вид дрожжей, которые накапливали аутофагосомы в процессе голодания. После этого он воздействовал на генетический аппарат дрожжей определенным химическим веществом, вызывающем случайные мутации, и не давал дрожжам достаточного количества питательных веществ. В нормальной клетке выведенных японцем дрожжей в этом случае запускался процесс аутофагии. В клетках, подвергшихся мутации, этот процесс иногда не срабатывал. Ученый предположил, что в этом случае был поврежден ген, отвечающих за аутофагию. В результате Осуми удалось отключать разные гены ДНК дрожжей, наблюдая за последствиями отключения. Методом проб и ошибок ему удалось найти те гены, без которых клетки уже не запускали механизм «самопоедания». Как оказалось, в генотипе дрожжей таких генов пятнадцать. Во всяком случае, это все, что удалось обнаружить.
Исследования японского ученого были признаны Каролинским институтом, вручающим Нобелевскую премию, выдающимися. «Открытия Осуми смогли дать нам понимание того, как клетки перерабатывают сами себя и как они очищаются от белкового мусора. Работы ученого открыли новое направление в понимании аутофагии как части самых разных физиологических процессов, включая реакцию на заражение и приспособление к голоду», — говорится в пресс-релизе Каролинского института.
Исследования Ёсинори Осуми спровоцировали бурный рост исследований по аутофагии и соответствующий рост количества публикаций этой тематики. О том, насколько сильное влияние оказали работы Осуми, можно судить по графику, представленному выше.
