• Нобеловата награда за физиология или медицина 2016 г.
  • Разгледайте съобщение за пресата

    Нобеловата награда за физиология или медицина 2016 г.
    Споделя това

    Нобеловата награда за физиология или медицина за 2016 г.

    Йошинори Осуми

    за откритията му на механизми за автофагия

    Обобщение

    Тазгодишният Нобелов лауреат откри и изясни механизмите, залегнали в основата на автофагията, основен процес за разграждане и рециклиране на клетъчните компоненти.

    Думата автофагия произхожда от гръцките думи auto-, което означава „аз“ и phagein, което означава „да ям“. По този начин автофагията означава „самоядене“. Тази концепция се появява през 60-те години, когато изследователите за първи път наблюдават, че клетката може да унищожи собственото си съдържание, като го затвори в мембрани, образувайки чували, подобни на чували, които се транспортират в отделение за рециклиране, наречено лизозома, за разграждане. Трудностите при изучаването на явлението означаваха, че малко се знаеше, докато в поредица от блестящи експерименти в началото на 90-те години Йошинори Осуми не използваше хлебни дрожди, за да идентифицира гени, необходими за автофагията. След това той изясни основните механизми за автофагия в дрождите и показа, че подобни усъвършенствани машини се използват в нашите клетки.

    Откритията на Осуми доведоха до нова парадигма в нашето разбиране за това как клетката рециклира съдържанието си. Неговите открития отвориха пътя към разбирането на фундаменталното значение на автофагията в много физиологични процеси, като например в адаптацията към глада или реакцията към инфекция. Мутациите в гените за автофагия могат да причинят заболяване и автофагичният процес е включен в няколко състояния, включително рак и неврологично заболяване.

    Разграждането - централна функция във всички живи клетки

    В средата на 1950-те учените наблюдават ново специализирано клетъчно отделение, наречено органела, съдържащо ензими, които смилат протеини, въглехидрати и липиди. Това специализирано отделение се нарича „лизозома“ и функционира като работна станция за разграждане на клетъчните съставки. Белгийският учен Кристиан де Дюв е удостоен с Нобелова награда за физиология или медицина през 1974 г. за откриването на лизозомата. Нови наблюдения през 60-те години показват, че в лизозомите понякога могат да се намерят големи количества клетъчно съдържание и дори цели органели. Следователно клетката изглежда има стратегия за доставяне на голям товар до лизозомата. По-нататъшен биохимичен и микроскопски анализ разкрива нов тип везикули, транспортиращи клетъчен товар до лизозомата за разграждане (Фигура 1). Кристиан де Дюв, ученият, който стои зад откриването на лизозомата, въведе термина автофагия, „самоядство“, за да опише този процес. Новите везикули бяха наречени автофагозоми.

    2016
    Фигура 1: Нашите клетки имат различни специализирани отделения. Лизозомите представляват едно такова отделение и съдържат ензими за храносмилане на клетъчното съдържание. В клетката се наблюдава нов тип везикули, наречени автофагозоми. Докато се образува автофагозомата, тя поглъща клетъчно съдържание, като увредени протеини и органели. И накрая, той се слива с лизозомата, където съдържанието се разгражда на по-малки съставки. Този процес осигурява на клетката хранителни вещества и градивни елементи за обновяване.

    По време на 70-те и 80-те години изследователите се фокусират върху изясняването на друга система, използвана за разграждане на протеини, а именно „протеазомата“. В рамките на тази изследователска област Аарон Цихановер, Аврам Хершко и Ъруин Роуз бяха отличени с Нобелова награда за химия през 2004 г. за „откриването на медиирано от убиквитин разграждане на протеини“. Протеазомата ефективно разгражда протеините един по един, но този механизъм не обяснява как клетката се е отървала от по-големи протеинови комплекси и износени органели. Може ли процесът на автофагия да бъде отговорът и ако да, какви бяха механизмите?

    Новаторски експеримент

    Фигура 2: В дрождите (ляв панел) голямо отделение, наречено вакуола, съответства на лизозомата в клетките на бозайници. Ohsumi генерира дрожди без вакуолни ензими за разграждане. Когато тези дрождени клетки са изгладнели, автофагозомите бързо се натрупват във вакуолата (средния панел). Експериментът му показа, че автофагията съществува в дрождите. Като следваща стъпка Осуми изследва хиляди дрождни мутанти (десен панел) и идентифицира 15 гена, които са от съществено значение за автофагията.

    Открити са гени за автофагия

    Сега Осуми се възползва от инженерните си дрождови щамове, в които автофагозомите се натрупват по време на глад. Това натрупване не трябва да се случва, ако гените, важни за автофагията, са били инактивирани. Осуми излага клетките на дрождите на химикал, който произволно въвежда мутации в много гени и след това предизвиква автофагия. Стратегията му проработи! В рамките на една година след откриването на автофагията в дрождите, Осуми идентифицира първите гени, които са от съществено значение за автофагията. В следващите му серии от елегантни изследвания протеините, кодирани от тези гени, са функционално характеризирани. Резултатите показаха, че автофагията се контролира от каскада от протеини и протеинови комплекси, всеки от които регулира отделен етап на иницииране и образуване на автофагозома (Фигура 3).

    Фигура 3: Ohsumi изучава функцията на протеините, кодирани от ключови гени за автофагия. Той очерта как стрес сигналите инициират автофагия и механизма, чрез който протеините и протеиновите комплекси насърчават отделни етапи на образуване на автофагозома.

    Автофагията - основен механизъм в нашите клетки

    След идентифицирането на машината за автофагия в дрождите остава ключов въпрос. Имаше ли съответстващ механизъм за контрол на този процес в други организми? Скоро стана ясно, че в нашите собствени клетки работят почти идентични механизми. Вече са на разположение инструментите за изследване, необходими за изследване на значението на автофагията при хората.

    Благодарение на Осуми и други, следващи неговите стъпки, сега знаем, че автофагията контролира важни физиологични функции, при които клетъчните компоненти трябва да бъдат разградени и рециклирани. Автофагията може бързо да осигури гориво за енергия и градивни елементи за обновяване на клетъчните компоненти и следователно е от съществено значение за клетъчната реакция на глад и други видове стрес. След инфекцията автофагията може да елиминира нахлуващите вътреклетъчни бактерии и вируси. Автофагията допринася за развитието на ембрионите и диференциацията на клетките. Клетките също използват автофагия за елиминиране на увредени протеини и органели, механизъм за контрол на качеството, който е от решаващо значение за противодействие на негативните последици от стареенето.

    Нарушената автофагия е свързана с болестта на Паркинсон, диабет тип 2 и други нарушения, които се появяват при възрастните хора. Мутациите в гените за автофагия могат да причинят генетично заболяване. Нарушенията в автофагичната техника също са свързани с рака. В момента продължават интензивни изследвания за разработване на лекарства, които могат да се насочат към автофагията при различни заболявания.

    Автофагията е известна повече от 50 години, но нейното основно значение във физиологията и медицината е признато едва след изследванията на Yoshinori Ohsumi за промяна на парадигмата през 90-те години. За своите открития той е удостоен с тазгодишната Нобелова награда за физиология или медицина.

    Основни публикации

    Takeshige, K., Baba, M., Tsuboi, S., Noda, T. и Ohsumi, Y. (1992). Автофагията в дрождите се демонстрира с мутанти с дефицит на протеиназа и условия за нейното индуциране. Journal of Cell Biology 119, 301-311

    Tsukada, M. и Ohsumi, Y. (1993). Изолиране и характеризиране на автофагично дефектни мутанти на Saccharomyces cervisiae. Писма на FEBS 333, 169-174

    Mizushima, N., Noda, T., Yoshimori, T., Tanaka, Y., Ishii, T., George, M.D., Klionsky, D.J., Ohsumi, M. и Ohsumi, Y. (1998). Система за конюгация на протеини, необходима за автофагия. Природа 395, 395-398

    Ichimura, Y., Kirisako T., Takao, T., Satomi, Y., Shimonishi, Y., Ishihara, N., Mizushima, N., Tanida, I., Kominami, E., Ohsumi, M., Noda, Т. и Ohsumi, Y. (2000). Подобна на убиквитин система медиира протеиновото липидиране. Природа, 408, 488-492

    Йошинори Осуми е роден 1945 г. във Фукуока, Япония. Той получи докторска степен от Университета в Токио през 1974 г. След като прекарва три години в университета Рокфелер, Ню Йорк, САЩ, той се завръща в Токийския университет, където създава своята изследователска група през 1988 г. От 2009 г. е професор в Токийския технологичен институт.

    Нобеловата асамблея, състояща се от 50 професори от Karolinska Institutet, връчва Нобелова награда за физиология или медицина. Нобеловият комитет оценява номинациите. От 1901 г. Нобелова награда се присъжда на учени, които са направили най-важните открития в полза на човечеството.

    Нобелова награда® е регистрирана търговска марка на Нобелова фондация

    За да цитирам този раздел
    MLA стил: Прес съобщение. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Пет. 11 декември 2020 г.

    Научете повече

    Нобелови награди 2020

    Дванадесет лауреата бяха отличени с Нобелова награда през 2020 г. за постижения, донесли най-голяма полза на човечеството.

    Тяхната работа и открития варират от образуването на черни дупки и генетични ножици до усилията за борба с глада и разработването на нови аукционни формати.