Нобелевская премия в области физиологии и медицины за 2016 году присуждена профессору Токийского технологического института Ёсинори Осуми за открытие механизмов аутофагии. Доктор биологических наук, профессор, научный руководитель САЕ «Синтетическая биология» НГУ заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН Дмитрий Жарков объясняет, что такое аутофагия и что дало открытие этого процесса.
Аутофагия — один из ключевых клеточных процессов, участвующих в самообновлении клетки и поддержании ее корректного функционирования. Заключается она в том, что клетка окружает часть своего внутреннего содержимого особым мембранным пузырьком — аутофагосомой, которая затем сливается с «пищеварительными» органеллами клетки, лизосомами, и «переваривается». В этом плане аутофагию можно сравнить с двумя системами, которые уже получили свою дозу внимания Нобелевского комитета — системой протеасомной деградации белков (премия 2004 г. по химии А. Чехановеру, А. Гершко и И. Роузу) и репарации ДНК (премия 2015 г. по химии Т. Линдалу, А. Санджару и П. Модричу). Однако в отличие от этих процессов, при которых направленно разрушаются поврежденные молекулы белков и ДНК, в случае аутофагии клетка «поедает» целые органеллы и крупные участки цитоплазмы. Открыта аутофагия была ещё в 1960-х годах в клетках человека, но только в конце 1980-х
Ё. Осуми придумал лёгкий метод её изучения в дрожжах как в модельном организме. Это позволило учёному открыть в дрожжах основные гены, отвечающие за процесс аутофагии, а идентифицировать человеческие гены на основе известных дрожжевых в современный век молекулярной биологии — дело техники.
В жизни клетки аутофагия нужна для многих важных вещей. В своих первых опытах Осуми подвергал дрожжевые клетки голоданию. В отсутствие притока питательных веществ извне клетка, чтобы не погибнуть, вынуждена поедать часть себя самой для продолжения выработки энергии и обеспечения производства аминокислот и нуклеотидов — «строительного материала» для белков, ДНК и РНК. Но это далеко не основная функция аутофагии. По всей видимости, главное, для чего клетка этот процесс использует — разрушение пришедших в негодность органелл (митохондрий, рибосом, участков эндоплазматической сети и т. п.). Кроме того, при помощи аутофагии клетка может бороться с внутриклеточными паразитами — вирусами и некоторыми бактериями (например, туберкулезной палочкой). Наконец, аутофагия в больших масштабах представляет собой один из механизмов программированной клеточной смерти — процесса, необходимого для уничтожения клеток, если они больше не нужны или если их функционирование представляет угрозу для жизни организма.
Открытие процесса аутофагии позволило по-новому взглянуть на многие аспекты здоровья человека. Например, именно за счет этого процесса поддерживается нормальная жизнь наших мышечных и нервных клеток, в которых митохондрии подвергаются особо высокой нагрузке из-за необходимости в постоянной выработке молекул АТФ — основного переносчика энергии внутри клетки. Аутофагия необходима для продления жизни за счет ограничения употребляемых калорий — этот механизм сейчас рассматривается как один из основных способов увеличения продолжительности жизни человека. Наконец, при онкологических заболеваниях аутофагия может быть и нашим другом, убивая раковые клетки путем программированной клеточной смерти, и врагом, помогая им выживать при недостатке питательных веществ и кислорода. Смещение этого баланса в нужную сторону дает человеку в руки новый способ борьбы с раком, и такие исследования уже ведутся.
