Japończyk Yoshinori Ohsumi za odkrycia dotyczące mechanizmów autofagii otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. Dzięki pracom tegorocznego noblisty rozumiemy, w jaki sposób komórka pozbywa się odpadów, dokonując recyklingu białek.
Laureata Nagrody Nobla ogłosił w poniedziałek w Sztokholmie Komitet Noblowski. Do 71-letniego naukowca z Tokio Institute of Technology trafi 8 mln koron szwedzkich (ok. 850 tys. euro). „Jestem zaskoczony, akurat przebywałem w swoim laboratorium” - powiedział Yoshinori Ohsumi, kiedy dowiedział się, że został uhonorowany Noblem. W laboratorium japoński naukowiec spędził praktycznie całe życie.
Dzięki odkryciom Japończyka zmieniło się rozumienie sposobu, w jaki komórka dokonuje „recyklingu” swojej zwartości. Zaburzenia autofagii mają związek z chorobą Parkinsona, cukrzycą typu 2. i innymi chorobami typowymi dla starszych osób. Wpływające na nią mutacje mogą powodować choroby genetyczne. Także nowotwory mają związek z zaburzoną autofagią. Dlatego właśnie w wielu krajach trwają badania nad lekami działającymi na ten ważny proces.
Słowo "autofagia” pochodzi z języka greckiego, przy czym „auto”, oznacza „samo”, zaś "phagein" – „jeść”. Tak więc oznacza to „samozjadanie”.
Już w latach 60. XX w. naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali, że komórka może niszczyć swoje własne części składowe – np. uszkodzone białka, a nawet całe organella, w rodzaju mitochondriów. Takie niepotrzebne odpady otaczane są błoną, tworząc podobny do woreczka pęcherzyk (autofagosom), transportowany od „przetwórni odpadów”, czyli lizosomu. Autofagosom zlewa się w jedność z lizosomem, a jego zawartość zostaje rozłożona na prostsze składniki. Uzyskane „surowce wtórne” komórka wykorzystuje, jako budulec i/lub paliwo.
Zjawisko autofagii okazało się trudne do zbadania i niewiele było o nim wiadomo aż do początku lat 90. XX w., kiedy Yoshinori Ohsumi przeprowadził serię błyskotliwych eksperymentów na drożdżach piekarskich. Udało mu się zidentyfikować geny o podstawowym znaczeniu dla autofagii, a następnie wyjaśnić mechanizmy dotyczące autofagii u drożdży. Później wykazał, że podobne procesy zachodzą w komórkach człowieka.
Techniczny problem stanowiły dla Ohsumiego małe rozmiary drożdżowych komórek. Szczegóły ich wewnętrznej budowy trudno rozróżnić pod mikroskopem, dlatego naukowiec nie był pewien, czy u drożdży w ogóle zachodzi zjawisko autofagii. Postanowił więc zakłócić proces degradacji w wakuoli, wychodząc z założenia, że spowoduje to gromadzenie się pełnych komórkowych odpadków autofagosomów wewnątrz wakuoli.
W tym celu hodował zmutowany szczep drożdży, pozbawiony enzymów potrzebnych do rozkładania odpadów. Jednocześnie pobudzał proces autofagii, głodząc komórki drożdży. I rzeczywiście, już po kilku godzinach wypełniające wakuolę pęcherzyki z nieprzetworzonymi odpadami stawały się pod mikroskopem wyraźnie widoczne. W ten pomysłowy sposób Ohsumi potwierdził istnienie autofagii w komórkach drożdży.
Ważniejszym osiągnięciem było jednak stworzenie metody pozwalającej zidentyfikować i scharakteryzować geny, mające kluczowe znaczenie dla tego procesu. Wyłączając przypadkowe geny za pomocą odpowiedniej substancji chemicznej, można było znaleźć te, które odpowiadały za tworzenie autofagosomów.
Kolejne eksperymenty z udziałem tysięcy zmutowanych szczepów drożdży pozwoliły zidentyfikować 15 genów o kluczowym znaczeniu dla procesu autofagii, a także scharakteryzować funkcjonalnie kodowane przez nie białka. Okazało się, że proces autofagii kontrolowany jest przez kaskadę białek i kompleksów białek, z których każde kontroluje określony etap tworzenia się autofagosomu. Publikacja wyników badań Ohsumiego w roku 1992 miała przełomowe znaczenie.
Wkrótce okazało się, że niemal identyczne mechanizmy funkcjonują również w ludzkich komórkach. Autofagia kontroluje ważne funkcje fizjologiczne, związane z usuwaniem i recyklingiem. Dzięki autofagii komórka może w razie potrzeby uzyskać materiał budulcowy i energię z odpadów. Jest to niezbędne szczególnie w warunkach niedoboru i stresu. Podczas infekcji komórka może wyeliminować bakterie czy wirusy - a ich substancje budulcowe wykorzystać na własne potrzeby. Bez autofagii nie jest możliwy rozwój zarodka i różnicowanie komórek. Działając jak kontrola jakości, pozwala pozbyć się „wybrakowanych" białek i organelli, co zapobiega skutkom starzenia.
W 2012 r. Yoshinori Ohsumi otrzymał Nagrodę Kioto, najbardziej prestiżowe w Japonii wyróżnienie ufundowane przez Kazuo Inamori, nazywane „japońskim Noblem”.
Jak ocenili w rozmowie z PAP eksperci, odkrycie mechanizmów autofagii z całą pewnością może być wykorzystane w leczeniu wielu chorób, w tym nowotworów. Tego zdania jest prof. Magdalena M. Rost-Roszkowska z Katedry Histologii i Embriologii Zwierząt Uniwersytetu Śląskiego. Zdaniem prof. Tomasza Motyla z SGGW wykorzystanie zjawiska autofagii razem z chemioterapeutykami czy radioterapią mogłoby usprawnić likwidowanie komórek nowotworowych. Duży potencjał aplikacyjny badań noblisty - zarówno w medycynie, jak i w diagnostyce - zauważyła prof. Lucyna Woźniak z Uniwersytetu Medycznego w Łodzi.
Z kolei prof. Bożena Kamińska z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie zwróciła uwagę, że prace noblisty stały się podstawą, na której budowano kolejne badania. (PAP)
Ewa Malcher
