Овогодишња Нобелова награда за медицину додељена је јапанском научнику Јошинори Осуми за описивање механизма аутофагије, програмиране ћелијске смрти типа 2
Текст: Ивана Хорват
У саставу наших ћелија налази се знатан број минијатурних структура, органела. Оне свакодневно обављају велики број функција, неопходних за оптимални рад нашег организма: од производње енергије у митохондријама, превођења генетског кода у рибозомима, до складиштења готово свог генетског материјала човека у ћелијским језгрима.
Међутим, шездесетих година прошлог века научници су приметили још једно својсто ћелије, путем којег рециклира своје саставне компоненте. Овај процес назвали су аутофагија. Било је неопходно још неколико деценија рада на проучавању овог механизма, како би се добро разумела његова улога – како у оптималном функционисању организма, тако и у јављању одређених болести.
Почетком деведестих година прошлог века, јапански научник Јошинори Осуми извео је низ пажљиво осмишљених експеримената током којих је разоткрио комплексне механизме процесе аутофагије. Као награду за свој труд и допринос у овој области научних истраживања Јошинори Осуми данас је добио Нобелову награду у области медицине.
Сматра се да је аутофагија један од основних механизама преживљавања током периода екстремне глади, али и процес који игра значајну улогу у обољењима попут рака.
Ћелијска рециклажа
Аутофагија омогућава нормалну рециклажу саставних компоненти ћелије. Назив је грчког порекла, од auto “само” и phagein “јести”. Термин се односи на процес током којег ћелија разграђује сопствени садржај, било да су у питању оштећени протеини или истрошене органеле.
Аутофагија се одвија у такозваним лизозомима, једној врсти ћелијских органела, које садрже преко 40 различитих ензима неопходних за процес разградње. Осим протеина, поједини ензими задужени су за разлагање масноћа, као и угљених-хидрата. Ове специјализоване ћелијске нише успешно рециклирају и бактерије и вирусе.
Током шездесетих година такође је уочено да ћелије поседују стратегију како би успешно транспортовале ”сировине” за рециклирање до лизозома. Током микроскопских и биохемијских аналаиза које су уследиле, откривено је да током овог процеса одређени састојци у цитоплазми ћелије бивају одвојени двомембарнским везикулама, која се називају аутофагозоми. Једном када настану, аутофагозоми ”заробљени” материјал транспортују до лизозома, након чега се са њима слепљују и испоручују свој карго.
Након што је процес разградње завршен, ћелија уместо протеина абнормалних структрура или других непожељних “становника” добија рециклиране саставне делове и хранљиве материје које може да искористи за своје обнављање или у неке друге сврхе.
Програмирана ћелијска смрт, како се овај механизам још зове, међутим није једини. Аутофагија се сматра ћелијском смрћу типа 2, док се апоптоза сматра ћелијском смрћу типа 1. Апоптоза за разлику од аутофагије представља ”самоубиство” ћелије, као целовитог система.
Промена парадигме
Почетком деведестих година прошлог века, Јошинори Осуми извео је један од најзначајнијих експеримената у својој каријери, који осим што му након 25 година доноси Нобелову награду, доводи и до промене парадигме када је у питању функционисања ћелијског система.
Након оснивања своје лабораторије 1988. године у Јапану, професор Осуми се фокусирао на изучавање пекарског квасца као одличног модел-организма за разумевање процеса у људским ћелијама. Конкретно, бавио се проучавањем разградње протеина у вакуолама, органелама у ћелијама квасца које по својој функцији одговарају лизозомима.
Међутим, он се суочио са неколико проблема, међу којима је заправо највећи био, иронично, премали пречник ћелије. Мале димензије ћелија учиниле су да је структуру вакуоле тешко посматрати чак и помоћу врхунских микроскопа. Како би доскочио овом проблем, Јошинори је осмислио неколико трикова: уколико би се аутофагозоми у довољној количини акумулирали унутар вакуола, тада би их било могуће посматрати. Како би ово постигао, професор Осуми онемогућио је процес разградње ”искључујући” дејство различитих ензима.
Једно од најпроучаваијих стања током којих је појачана појава аутофагије и акумулација садржаја за рециклажу је гладовање. На тај начин ћелије себи обеyбеђују неопходну храну. Недостатак било којег есенцијалног састојка може да доведе до аутофагије. Како се показало, као најјачи окидач за овај механизам код квасца је недостатак азота.
Након што би се материјал за ћелијску рециклажу накупио унутар вакуола, оне су постајале видљивије, што је омогућило овом јапанском научнику даље изучавање. Осим што је пре свега био у прилици да потврди постојање овог механизма и код гљивица, овај експеримент довео је до још једног значајног помака у истраживању: могућности идентификовања гена који су одговорни за процес.
Осуми је током даљег изучавања излагао гљивице дејству различитих хемикалија, које су насумично доводиле до различитих генетских мутација. Након тога, индуковао би процес аутофагије.
Проучавајући на хиљаде гливица, Осуми је идентификовао 15 гена који управљау овим процесом. Потом, бавио се изучавањем улоге протеина за чију синтезу су одговорни управо ови гени. Ово му је помогло да утврди који то фактори иницирају процес ћелијске рециклаже.
Будући да је пекарски квасац одличан модел-организам, проучавање њихових ћелија омогућило је разумевање улоге аутофагије у људским ћелијама. Након готово 50 година од када је аутофагија први пут била идентификована, више није постојала препрека за разумевање значаја овог механизма за оптимално функционсање човека. Сви неопходни алати били су спремни за даљу употребу.
Након великог броја радова који су потом уследили, међу чијим ауторима су се нашла значајна имена медицинских наука, данас знамо да аутофагија контролише неке од основних физиолошких механизам у организму. Веома брзо, аутофагија обезбеђује саставне компомненте за производњу енергије у ћелијама, једног од основних предуслова за функционисање организма, али и неопходне саставне делове за обнављање ћелијског материјала. Због свега овога, аутофагија се сматра једним од основних процеса одговорних за адаштацију организма на периоде екстремне глади или неке друге изворе интензивног стреса.
Уочено је такође да су неадекватни механизми аутофагије повезани са појавом стања као што је Паркинсонва болест, дијабетес типа 2, неуродегеративне болести или чак рак. Такође, уочено је да након инфекција, овај процес има једну од значајних улога у ”чишћењу” организам, уклањајући заостале унутаћелијске бактерије и вирусе. Осим тога, аутофагија има улогу у диференцијацији ћелија ембриона.
Јошинори Осуми рођен је 1945. године у граду Фукуока у Јапану. Докторирао је 1974. године на Универзитету у Токију, где је две деценије касније извео своје најзначајније експерименте. У међувремену, боравио је на Рокафелер Универзитету у Њујорку. Своју лабораторију и истраживачку групу оснива 1988. године на Универзитету у Токију. Пар година након тога одлази на Институт за фундаментална биолошка истраживања у јапанском граду Оказаки, где наставља са радом. Од 2009. године ангажован је на три универзитета, међутим на Токијском технолошком институту након пензинисања бива биран у звање професора емеритуса.
 |
Сваке године, током прве недеље октобра у Стокхолму се додељује пет престижних награда које је својим завештањем успоставио шведски научник Алфред Нобел. Награде се саопштавају од понедељка до петка, увек истим редом: медицина, физика, хемија, књижевност и мир. Првог следећег понедељка објављује се и додатна награда у Ослу, за економију. Као и претходних година, из дана у дан, Елементаријум прати Нобелову недељу. |