19 августа 2019, понедельник, 01:25
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Необходимое самоедство клетки

Ёсинори Осуми
Ёсинори Осуми
Tokyo Institute of Technology

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2016 года была присуждена профессору Центра передовых исследований Токийского технологического института и почетному профессору Токийского университета Ёсинори Осуми, объяснившему механизм клеточной аутофагии. Основные работы Осуми, посвященные этой проблеме, были опубликованы в 1990-х годах. В XXI веке ученый уже получил несколько научных премий, включая премию Киото за достижения в науках о жизни (2015).

Аутофагия в клетках была обнаружена еще в 1960-е, когда ученые увидели, как клетка переваривает часть собственного содержимого, окружив ее мембранной оболочкой. Получившийся пузырек доставлялся в лизосомы – клеточные органы, служащие для переваривания. Внутри лизосом выделяются гидролитические ферменты, способные расщеплять макромолекулы. В растительных клетках и клетках дрожжей роль лизосом выполняют вакуоли. Бельгийский ученый Кристиан де Дюв (Christian René de Duve) был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1974 году за открытие лизосом. Он же ввел термин «аутофагия» и назвал пузырьки-везикулы, доставляемые для уничтожения в лизосомы, аутофагосомами.

 

Принцип клеточной аутофагии

Долгое время было известно лишь, что аутофагосома формируется вокруг подлежащего “разборке” материала, например, поврежденных клеточных органелл, затем путешествует к лизосоме, сливается с ней, и содержимое расщепляется лизосомными ферментами. Лизосому в таком случае часто называют аутолизосомой.

 

Аутофагосомы (AP) и аутолизосомы (AL) в клетках мухи дрозофилы

В 70-х и 80-х годах основные успехи были достигнуты в изучении другого механизма расщепления белков в клетке – протеолитической деградации (протеолизма). Он возникает благодаря крупным молекулам ферментов – протеасомам. Сначала небольшой белок убиквитин присоединяется к белку, подлежащему расщеплению. На это реагирует протеасома, присоединяется в свою очередь к убиквитину и начинает свою работу. Этот механизм обеспечивает деградацию 80 – 90 % белков в клетке. За открытие убиквитин-опосредованной деградации белка в 2004 году Нобелевскую премию по химии получили Аарон Чехановер, Аврам Гершко и Ирвин Роуз.

Хоть протеасомы и выполняют большую часть работы по уничтожению белков, меньшая по объему, но не меньшая по важности работа приходится на механизм лизосомной аутофагии. Именно он позволяет клетке избавляться от крупных белковых комплексов и изношенных органелл. В своей лаборатории Ёсинори Осуми провел ряд экспериментов с обычными пекарскими дрожжами (Saccharomyces cerevisiae), благодаря которым выяснил, какие гены ответственны за аутофагию.

Правда, в начале ученому пришлось решить одну проблему. Клетки дрожжей малы, и в то время они не были достаточно изучены, так что у биологов даже не было уверенность, что в вакуолях дрожжевых клеток происходит тот же процесс аутофагии, что и в лизосомах животных. Разглядеть этот процесс под микроскопом не удавалось. Осуми рассудил, что доказательством послужит накопление аутофагосом в вакуолях дрожжевых клеткок, лишенных расщепляющих белки ферментов. Он получил мутантные клетки без этих ферментов, и действительно их вакуоли стали довольно быстро наполняться множеством мелких пузырьков.

Экспериментируя с геномом дрожжевых клеток, вызывая в нем различные мутации, Осуми сумел установить 15 генов, связанных с механизмом аутофагии. Затем он перешел к исследованию контролируемых этими клетками белков. Результаты показали, что весь процесс аутофагии управляется каскадом белков и белковых комплексов, каждый из которых регулирует отдельную стадию формирования аутофагосом. Работы Осуми не только выявили механизм аутофагии у дрожжевых клеток, но и дали ученым исследовательские методы, позволившие изучать аутофагию уже и в клетках человека. Благодаря его открытию, стала ясной фундаментальная роль аутофагии в жизни организма.

 

“Сферы применения” аутофагии

Сейчас ученым уже известно, что аутофагия выполняет целый ряд функций. Она помогает быстро обеспечить клетку питательными веществами, поэтому включается в механизм клеточного ответа на голод и другие виды стресса. Эксперименты на дрожжах показали, что при голодании уровень аутофагии повышается. Это позволяет организму, расщепив ненужные белки на аминокислоты, использовать эти аминокислоты для синтеза белков, необходимых для выживания в первую очередь. Такое же явление обнаружено и на лабораторных мышах. Обнаружено, что у млекопитающих аутофагия активизируется сразу после рождения, когда организм перестает снабжаться питанием через плаценту.

 

Помеченные флуоресцентной меткой аутофагосомы в клетках печени голодающей мыши

Механизм аутофагии участвует и в уничтожении проникших в клетку инфекционных частиц (в данном случае это уже не ауто-, а ксенофагия), поэтому она важна для нормального функционирования врожденного иммунитета. Например, Mycobacterium tuberculosis, вызывающие туберкулез, уничтожаются в клетках точно так же, как отработавшие свой срок митохондрии (кстати, ученые считают этот факт еще одним доказательством, что митохондрии до того, как превратиться в клеточный орган, были самостоятельными бактериями). Некоторые болезнетворные бактерии приобретают способность блокировать процесс своего переваривания, поэтому стимуляция аутофагии может стать в этих случаях методом лечения.

Аутофагия позволяет клетке распознавать вирус везикулярного стоматита (Indiana vesiculovirus) и запускать противовирусный иммунный ответ. Вирус захватывается аутофагосомой и доставляется в эндосому, где его распознает толл-подобный рецептор 7. Рецептор реагирует на одноцепочечную молекулу РНК вируса. После детекции вируса рецептор запускает сигнальный каскады, который приводит к выработке интерферона и других противовирусных цитокинов.

Поскольку именно аутофагия нужна для избавления от поврежденных органелл, клеточных мембран и белков, нарушение ее механизма оказывается одной из главных причин накопления повреждений, а значит и старения клетки. Вероятно, с аутофагией связан и один из механизмов программируемой клеточной смерти. Однако аутофагическая активность в отмирающих клетках может быть как причиной их смерти, так и попыткой выжить. Исследования в данной области продолжаются. Их проводят, например, на насекомых, у которых в процессе превращения из личинки в куколку и во взрослую особь задействованы механизмы программируемой клеточной смерти. Некоторые результаты показывают, что тип регуляции аутофагии, направленной на выживания и на гибель клетки, отличаются.

Аутофагия задействована также на стадии эмбриогенеза при дифференциации разных типов клеток. Нарушения механизма аутофагии связаны с возникновением рака и некоторых других заболеваний, например, они отмечаются при болезни Паркинсона. Сейчас ученые активно работают над созданием лекарств, которые регулировали бы именно процесс аутофагии.

 

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: [email protected]
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.