Нобелевскую премию по медицине дали за механизм клеточного самопоедания

Приз получил профессор Токийского технологического института Ёсинори Осуми, чьи работы не только позволили разобраться в механизме клеточной аутофагии, но и помогли осознать, какую большую роль она играет в нашей жизни.

Любой клетке нужно время от времени убирать накопившийся в ней мусор – испорченные биомолекулы, куски мембран, а то и целые органеллы, пришедшие в негодность. Существует несколько мусороуборочных механизмов, и один из основных – это аутофагия, или самопоедание. Для аутофагии нужны ферменты, которые, очевидно, должны храниться в каких-то специальных местах, и такие места действительно есть: Кристиан де Дюв в 1974 году получил Нобелевскую премию по медицине за открытие лизосом – внутриклеточных органелл с ферментами, расщепляющими липиды, углеводы и другие белки. Но сами по себе лизосомы ничего не дают, нужно ведь как-то ещё собирать молекулярно-клеточный мусор и подтаскивать его к ферментной «топке». В дальнейшем удалось найти ещё одни особые структуры, названные аутофагосомами – они представляют собой мембранные контейнеры, которые собирают разнообразный мусор, а потом сливаются с лизосомой.

Однако конкретный механизм процесса долгое время оставался скрыт – после открытия лизосом и аутофагосом биологи переключились на другие предметы. Новая волна интереса к аутофагии возникла в связи с работами нынешнего нобелевского лауреата Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi) из Токийского технологического института, который в 1988 году получил собственную лабораторию и начал плотно изучать деградацию белков в клетке. Объектом исследования Осуми были дрожжи. В клетках дрожжей есть специальный орган, называемый вакуоль – она похожа на лизосомы животных клеток, однако до поры до времени было непонятно, происходят ли у дрожжей другие этапы аутофагии, то есть формирование аутофагосом, их транспорт к вакуоли и т. д. Чтобы это узнать, Осуми и его сотрудники отключили в дрожжевых клетках гены, отвечающие за синтез вакуолярных ферментов, и в результате в вакуолях стали накапливаться крохотные пузырьки – то были аутофагосомы, которые некому было расщеплять.

То есть у дрожжей аутофагия всё-таки есть, а значит, их можно использовать как модель для её дальнейшего изучения. Внося мутации в разные гены дрожжей и затем подталкивая их к аутофагии (сделать это можно, посадив клетки на голодную диету – самопоедание включается не только для уборки мусора, но и при нехватке питательных веществ вокруг), Осуми с коллегами удалось идентифицировать 15 генов, которые контролируют клеточное самопоедание, и восстановить последовательность его этапов.

Работы Осуми, как было сказано выше, привлекли всеобщее внимание к аутофагии, и её снова стали активно изучать. Теперь мы знаем, что самопоедание – один из самых фундаментальных и консервативных процессов, свойственных живым организмам: почти те же самые события, которые происходят у дрожжей при аутофагии, имеют место и в человеческих клетках, несмотря на то, что эволюционная дистанция между человеком и дрожжами весьма велика. Что до фундаментальности, то способность поедать что-то внутри себя нужна не только во время голода и не только при необходимости избавиться от отработанных молекул. Например, аутофагия включается, чтобы справиться с бактериями и вирусами, проникшими в клетку. С её помощью можно вернуть в оборот молекулярные строительные блоки – аминокислоты, нуклеотиды и пр., из которых можно создать новые, «здоровые» биомолекулы. На уровне организма без клеточного самопоедания тоже никак не обойтись: во время развития эмбриона и клеточной дифференцировки, во время формирования тканей и органов требуется постоянная перестройка внутриклеточных структур и удаление отработавших своё клеток. Аутофагия – один из основных процессов, запускающихся в ответ на стресс, и один из способов контролировать состояние клетки, её функциональность, и естественно, что неполадки в ней чреваты серьёзными неприятностями. Известно, что мутации в генах, управляющих аутофагией, приводят к генетическим заболеваниям, и что нарушения в механизме самопоедания связаны с такими болезнями, как синдром Паркинсона, диабет 2 типа, рак. Можно сказать, что Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию не только за расшифровку механизма аутофагии, но и за то, что благодаря его работам все поняли, насколько это важный процесс и насколько важно знать о нём как можно больше.