Nobel za autofagię

Co roku wraz z rozpoczęciem roku akademickiego nasilają się spekulacje i prognozy dotyczące kandydatów do Nagród Nobla. Na giełdzie nazwisk pojawia się wielu znakomitych naukowców typowanych w oparciu o różne kryteria parametryczne, takie jak liczba cytowań czy index Hirscha.

Prof. Lucyna Woźniak
Foto: archiwum prywatne

W tym kontekście tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii była sporym zaskoczeniem. Prof. Yoshinori Ohsumi z Tokijskiego Instytutu Technologicznego został indywidualnie nagrodzony za badania nad mechanizmem autofagii (autofagia pochodzi z języka greckiego i oznacza dosłownie samozjadanie).

W kontekście tegorocznej nagrody warto zwrócić uwagę, że pojęcie autofagii wprowadził belgijski naukowiec Christian de Duve w latach 60. XX w. i oznacza ono uniwersalny mechanizm komórkowy polegający na eliminowaniu różnych zużytych lub uszkodzonych fragmentów i składników komórki, bez konieczności wejścia na drogę apoptozy.

W warunkach autofagii przeznaczony do usunięcia składnik cytoplazmy opłaszczany jest podwójną błoną zwaną fagoforem, która wytwarza pęcherzyk zwany autofagosomem.

W kolejnym etapie dołączają się lizosomy odpowiedzialne za trawienie zamkniętej w pęcherzyku treści. Za odkrycie lizosomu, czyli pęcherzyka zawierającego enzymy zdolne do trawienia białek, węglowodanów i tłuszczów de Duve został nagrodzony Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny już w roku 1974.

Degradowane na drodze autofagii składniki komórki, np. uszkodzone i obce białka, mitochondria, elementy błon cytoplazmatycznych, rozkładane są na proste związki organiczne, które mogą być ponownie wykorzystywane przez komórkę lub magazynowane w wakuoli. Autofagia bywa więc nazywana recyklingiem komórkowym. Wcześniejsze badania, również nagrodzone Nagrodą Nobla, skupione były na poznaniu proetasomu – systemu odpowiedzialnego za proteolizę zależną od ubikwityny (Aaron Ciechanover, Avram Hershko oraz Irwin Rose otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w roku 2004).

Jednakże proteasom degraduje jedynie stosunkowo proste białka. Złożone kompleksy białkowe, a także organelle czy błony komórkowe nie są trawione przez lizosomy i w tych sytuacjach za usuwanie niepotrzebnych składników komórki odpowiedzialny jest proces autofagii.

W początku lat 90. XX w. Yoshinori Ohsumi, wykorzystując do badań komórki drożdży, zidentyfikował kilkanaście genów o kluczowym znaczeniu dla autofagii, z których większość jest konserwatywna u innych organizmów. Przyczyniło się to do wyjaśnienia mechanizmu autofagii u drożdży, a także wykazania, że podobne procesy zachodzą w komórkach człowieka.

Dzięki m.in. badaniom Yoshinori Ohsumi wiadomo obecnie, że autofagia jest ewolucyjnie konserwatywnym procesem występującym we wszystkich komórkach eukariotycznych, aktywowanym w odpowiedzi na niedobór czynników odżywczych, uszkodzenia powodowane przez toksyny komórkowe, stres oksydacyjny i inne czynniki indukujące rozwój i różnicowanie. W warunkach fizjologicznych występuje ona w niewielkim stopniu w większości tkanek.

Przyczynia się do adaptacji komórek do warunków stresowych i tym samym do ich przeżycia. Autofagia kontroluje ważne funkcje fizjologiczne, związane z usuwaniem i wykorzystaniem ponownym do celów energetycznych bądź strukturalnych, rozłożonych na proste związki organiczne usuwanych składników. Ma to szczególne znaczenie w warunkach niedoboru składników spowodowanych np. stresem oksydacyjnym. W warunkach infekcji komórka wykorzystuje ten proces do unieszkodliwiania bakterii czy wirusów.

Autofagia stanowi również mechanizm obronny komórki, zapobiegając skutkom starzenia. Wykazano podwyższony poziom autofagii w neurodegeneracyjnej chorobie Parkinsona.

Spadek intensywności tego procesu dowiedziono natomiast w niektórych nowotworach, chociaż inne badania wskazują na wzrost przeżywalności komórek nowotworowych w warunkach stresowych (promieniowanie jonizujące) spowodowany najprawdopodobniej eliminowaniem uszkodzonych organelli na drodze autofagii. Prace zapoczątkowane w laboratorium prof. Ohsumi pozwoliły na określenie roli autofagii w regulacji niekontrolowanego podziału komórek nowotworowych w powiązaniu z genem supresorowym nowotworów beklina 1, uczestniczącym w procesie formowania autofagosomu.

Udowodniono, że zaburzenie funkcji genu beklina 1 prowadzi do podwyższonej kancerogenezy w komórkach myszy, a spadek poziomu kodowanego przez ten gen białka jest skorelowany z rozwojem nowotworów piersi. Odkrycia prof. Oshumi mają niewątpliwie, oprócz znaczenia poznawczego, ogromny potencjał aplikacyjny w zrozumieniu i kontrolowaniu procesów, neurodegeneracji, nowotworzenia czy starzenia.

Lucyna Woźniak
Prof. dr hab. n. med., kierownik Zakładu Biologii Strukturalnej, prorektor ds. Nauki i Współpracy z Zagranicą, Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Źródło: „Gazeta Lekarska” nr 11/2016

Przypominamy: od 1 września recepty na bezpłatne leki dla pacjentów 75+ wystawiają lekarze podstawowej opieki zdrowotnej udzielający świadczeń POZ u danego świadczeniodawcy, pielęgniarki POZ oraz lekarze wypisujący recepty pro auctore i pro familiae. Kliknij tutaj, żeby przeczytać komentarze ekspertów i pobrać pełną listę bezpłatnych leków dla seniorów.