Ovogodišnja Nobelova nagrada za medicinu dodeljena je japanskom naučniku Jošinori Osumi za opisivanje mehanizma autofagije, programirane ćelijske smrti tipa 2
Tekst: Ivana Horvat
U sastavu naših ćelija nalazi se znatan broj minijaturnih struktura, organela. One svakodnevno obavljaju veliki broj funkcija, neophodnih za optimalni rad našeg organizma: od proizvodnje energije u mitohondrijama, prevođenja genetskog koda u ribozomima, do skladištenja gotovo svog genetskog materijala čoveka u ćelijskim jezgrima.
Međutim, šezdesetih godina prošlog veka naučnici su primetili još jedno svojsto ćelije, putem kojeg reciklira svoje sastavne komponente. Ovaj proces nazvali su autofagija. Bilo je neophodno još nekoliko decenija rada na proučavanju ovog mehanizma, kako bi se dobro razumela njegova uloga – kako u optimalnom funkcionisanju organizma, tako i u javljanju određenih bolesti.
Početkom devedestih godina prošlog veka, japanski naučnik Jošinori Osumi izveo je niz pažljivo osmišljenih eksperimenata tokom kojih je razotkrio kompleksne mehanizme procese autofagije. Kao nagradu za svoj trud i doprinos u ovoj oblasti naučnih istraživanja Jošinori Osumi danas je dobio Nobelovu nagradu u oblasti medicine.
Smatra se da je autofagija jedan od osnovnih mehanizama preživljavanja tokom perioda ekstremne gladi, ali i proces koji igra značajnu ulogu u oboljenjima poput raka.
Ćelijska reciklaža
Autofagija omogućava normalnu reciklažu sastavnih komponenti ćelije. Naziv je grčkog porekla, od auto “samo” i phagein “jesti”. Termin se odnosi na proces tokom kojeg ćelija razgrađuje sopstveni sadržaj, bilo da su u pitanju oštećeni proteini ili istrošene organele.
Autofagija se odvija u takozvanim lizozomima, jednoj vrsti ćelijskih organela, koje sadrže preko 40 različitih enzima neophodnih za proces razgradnje. Osim proteina, pojedini enzimi zaduženi su za razlaganje masnoća, kao i ugljenih-hidrata. Ove specijalizovane ćelijske niše uspešno recikliraju i bakterije i viruse.
Tokom šezdesetih godina takođe je uočeno da ćelije poseduju strategiju kako bi uspešno transportovale ”sirovine” za recikliranje do lizozoma. Tokom mikroskopskih i biohemijskih analaiza koje su usledile, otkriveno je da tokom ovog procesa određeni sastojci u citoplazmi ćelije bivaju odvojeni dvomembarnskim vezikulama, koja se nazivaju autofagozomi. Jednom kada nastanu, autofagozomi ”zarobljeni” materijal transportuju do lizozoma, nakon čega se sa njima slepljuju i isporučuju svoj kargo.
Nakon što je proces razgradnje završen, ćelija umesto proteina abnormalnih struktrura ili drugih nepoželjnih “stanovnika” dobija reciklirane sastavne delove i hranljive materije koje može da iskoristi za svoje obnavljanje ili u neke druge svrhe.
Programirana ćelijska smrt, kako se ovaj mehanizam još zove, međutim nije jedini. Autofagija se smatra ćelijskom smrću tipa 2, dok se apoptoza smatra ćelijskom smrću tipa 1. Apoptoza za razliku od autofagije predstavlja ”samoubistvo” ćelije, kao celovitog sistema.
Promena paradigme
Početkom devedestih godina prošlog veka, Jošinori Osumi izveo je jedan od najznačajnijih eksperimenata u svojoj karijeri, koji osim što mu nakon 25 godina donosi Nobelovu nagradu, dovodi i do promene paradigme kada je u pitanju funkcionisanja ćelijskog sistema.
Nakon osnivanja svoje laboratorije 1988. godine u Japanu, profesor Osumi se fokusirao na izučavanje pekarskog kvasca kao odličnog model-organizma za razumevanje procesa u ljudskim ćelijama. Konkretno, bavio se proučavanjem razgradnje proteina u vakuolama, organelama u ćelijama kvasca koje po svojoj funkciji odgovaraju lizozomima.
Međutim, on se suočio sa nekoliko problema, među kojima je zapravo najveći bio, ironično, premali prečnik ćelije. Male dimenzije ćelija učinile su da je strukturu vakuole teško posmatrati čak i pomoću vrhunskih mikroskopa. Kako bi doskočio ovom problem, Jošinori je osmislio nekoliko trikova: ukoliko bi se autofagozomi u dovoljnoj količini akumulirali unutar vakuola, tada bi ih bilo moguće posmatrati. Kako bi ovo postigao, profesor Osumi onemogućio je proces razgradnje ”isključujući” dejstvo različitih enzima.
Jedno od najproučavaijih stanja tokom kojih je pojačana pojava autofagije i akumulacija sadržaja za reciklažu je gladovanje. Na taj način ćelije sebi obeybeđuju neophodnu hranu. Nedostatak bilo kojeg esencijalnog sastojka može da dovede do autofagije. Kako se pokazalo, kao najjači okidač za ovaj mehanizam kod kvasca je nedostatak azota.
Nakon što bi se materijal za ćelijsku reciklažu nakupio unutar vakuola, one su postajale vidljivije, što je omogućilo ovom japanskom naučniku dalje izučavanje. Osim što je pre svega bio u prilici da potvrdi postojanje ovog mehanizma i kod gljivica, ovaj eksperiment doveo je do još jednog značajnog pomaka u istraživanju: mogućnosti identifikovanja gena koji su odgovorni za proces.
Osumi je tokom daljeg izučavanja izlagao gljivice dejstvu različitih hemikalija, koje su nasumično dovodile do različitih genetskih mutacija. Nakon toga, indukovao bi proces autofagije.
Proučavajući na hiljade glivica, Osumi je identifikovao 15 gena koji upravljau ovim procesom. Potom, bavio se izučavanjem uloge proteina za čiju sintezu su odgovorni upravo ovi geni. Ovo mu je pomoglo da utvrdi koji to faktori iniciraju proces ćelijske reciklaže.
Budući da je pekarski kvasac odličan model-organizam, proučavanje njihovih ćelija omogućilo je razumevanje uloge autofagije u ljudskim ćelijama. Nakon gotovo 50 godina od kada je autofagija prvi put bila identifikovana, više nije postojala prepreka za razumevanje značaja ovog mehanizma za optimalno funkcionsanje čoveka. Svi neophodni alati bili su spremni za dalju upotrebu.
Nakon velikog broja radova koji su potom usledili, među čijim autorima su se našla značajna imena medicinskih nauka, danas znamo da autofagija kontroliše neke od osnovnih fizioloških mehanizam u organizmu. Veoma brzo, autofagija obezbeđuje sastavne kompomnente za proizvodnju energije u ćelijama, jednog od osnovnih preduslova za funkcionisanje organizma, ali i neophodne sastavne delove za obnavljanje ćelijskog materijala. Zbog svega ovoga, autofagija se smatra jednim od osnovnih procesa odgovornih za adaštaciju organizma na periode ekstremne gladi ili neke druge izvore intenzivnog stresa.
Uočeno je takođe da su neadekvatni mehanizmi autofagije povezani sa pojavom stanja kao što je Parkinsonva bolest, dijabetes tipa 2, neurodegerativne bolesti ili čak rak. Takođe, uočeno je da nakon infekcija, ovaj proces ima jednu od značajnih uloga u ”čišćenju” organizam, uklanjajući zaostale unutaćelijske bakterije i viruse. Osim toga, autofagija ima ulogu u diferencijaciji ćelija embriona.
Jošinori Osumi rođen je 1945. godine u gradu Fukuoka u Japanu. Doktorirao je 1974. godine na Univerzitetu u Tokiju, gde je dve decenije kasnije izveo svoje najznačajnije eksperimente. U međuvremenu, boravio je na Rokafeler Univerzitetu u Njujorku. Svoju laboratoriju i istraživačku grupu osniva 1988. godine na Univerzitetu u Tokiju. Par godina nakon toga odlazi na Institut za fundamentalna biološka istraživanja u japanskom gradu Okazaki, gde nastavlja sa radom. Od 2009. godine angažovan je na tri univerziteta, međutim na Tokijskom tehnološkom institutu nakon penzinisanja biva biran u zvanje profesora emeritusa.
 |
Svake godine, tokom prve nedelje oktobra u Stokholmu se dodeljuje pet prestižnih nagrada koje je svojim zaveštanjem uspostavio švedski naučnik Alfred Nobel. Nagrade se saopštavaju od ponedeljka do petka, uvek istim redom: medicina, fizika, hemija, književnost i mir. Prvog sledećeg ponedeljka objavljuje se i dodatna nagrada u Oslu, za ekonomiju. Kao i prethodnih godina, iz dana u dan, Elementarijum prati Nobelovu nedelju. |