Осень — время урожая, и свое заслуженное вознаграждение получил японский молекулярный биолог Ёсинори Осуми. Третьего октября 2016 года он получил Нобелевскую премия по физиологии и медицине за исследование механизмов аутофагии, которые он проводил с 1990-х годов. Что именно открыл ученый, и почему это так важно для каждого из нас — в обзоре специалистов «Атласа».

Аутофагия и самоедство

Время жить и время умирать, и сложные клеточные организмы следуют этому кредо. Аутофагия — это способность клетки в нужный момент убивать себя по частям, уничтожая свои собственные органы, попросту переваривая саму себя изнутри. Это происходит не с какими-то специальными «плохими» клетками, а со всеми. Как раз наоборот, упрямые клетки, которые не хотят заниматься «самоедством», а лелеют свои органеллы, даже если они не особо хорошо работают, мы и назовем плохими — они становятся причиной злокачественных опухолей.

А вот «приличные» клетки, которые внимательно следят за порядком в своем домашнем хозяйстве и регулярно избавляются от хлама, способствуют омоложению и продлению жизни целого организма.

Исследования на постном масле пекарских дрожжах

В теории, процесс аутофагии был понятен еще в 1970-х, и тогда же ученые смогли оценить важность внутриклеточной генеральной уборки. Заслуга Ёсинори Осуми состоит в том, что он детально изучил и описал этот процесс.

Для своих испытаний японский ученый использовал пекарские дрожжи — эукариотический организм (клетки которого содержат ядро), процесс аутофагии в котором можно наблюдать в микроскоп. В результате различных экспериментов и генных модификации Ёсинори Осуми определил белки и гены, которые участвуют в аутофагии.

Один из них — ген TOR — регулирует запуск процесса аутофагии в зависимости от количества энергии для клеток (того самого аденозинтрифосфата, о котором мы писали вчера). Пока энергии много, TOR работает активно и удерживает клетки от самоедства. Как только запасы сил организма иссякают, белок выключается и передает пульт управления белкам группы APG, которые запускают аутофагию.

Аутофагия способствует омоложению и замедляет старение. Из этого следует, что стимуляция этого процесса в разумных пределах — ключ к долголетию. Один из простейших способов управления аутофагией — это снижение количества потребляемых калорий (небольшое голодание), которое блокирует сигнальный путь TOR.

Комментарий эксперта

Анча Баранова
Доктор биологических наук, профессор Школы Системной Биологии George Mason University (США),
главный научный сотрудник Медико-Генетического Научного Центра РАМН,
Директор по науке биомедицинского холдинга «Атлас»

Аутофагия — один из фундаментальных процессов сохранения гомеостаза, реализующийся на уровне клетки.Таким способом клетка следит за тем, чтобы каждый ее компонент работал на полную катушку, а если что не так — под нож и в переплавку. Для примера возьмем митохондрии — их сотни в каждой клетке, и не все из них функционируют одинаково эффективно. Клетка постоянно тестирует свои «маленькие энергетические станции», и если КПД какой-то из них упадет, такая митохондрия будет быстро «разобрана» на составные элементы, то есть попросту переварена. Из оставшихся «строительных материалов» построят новую «станция», которая будет работать эффективно. Это своего рода естественный отбор на уровне клеточных органелл — кто не работает, тот будет съеден. В результате клетка постоянно работает над оптимизацией всех процессов.

Слишком интенсивная аутофагия может привести к апоптозу — программируемой клеточной смерти: если клетка не может себя обновить, её съедят соседние клетки. И в этом нет ничего плохого — наоборот! Эффективное самообновление клеток — залог здоровья и долголетия.

Стимуляция аутофагии — один из способов терапевтического воздействия на организм. Аутофагию стимулирует метформин — препарат, который снижает устойчивость к действию инсулина, и потому незаменимый в терапии метаболического синдрома и диабета. Вместе с этим он помогает и другим системам организма, в частности, снижая вероятность злокачественной трансформации клеток.

Интересно, что молекулярные онкологи сейчас испытывают сразу два типа противораковых препаратов — стимуляторы аутофагии и ингибиторы (блокировщики) аутофагии. Высокий уровень аутофагии необходим для предотвращения развития опухолей, а вот если рак уже развился — аутофагию необходимо подавлять. Опухолевые клетки «научились» использовать это важный процесс обновления клетки для выработки устойчивости к химиотерапевтическим препаратам.

P.S. Видео в начале статьи — ролик 2013 года, подготовленный Университетом Мичигана. На экране — творческое восприятие процесса аутофагии, над созданием которого работали биологи, иллюстраторы, хореографы, танцоры и композиторы.