Az autofágia fontos a sejtek megfelelő működéséhez, a vírusok és baktériumok elleni küzdelemhez vagy az embrió fejlődése során. Rendellenességei Parkinson-kórhoz, epilepsziához, cukorbetegséghez vagy rákhoz vezetnek.
Idén a világ minden tájáról 273 tudós nevezett a fiziológia vagy az orvostudomány Nobel-díjára. Közülük a legrangosabb tudományos díjat a 71 éves japán Yoshinori Ohsumi kapta az "autofágia mechanizmusának tisztázásáért".
Az autofágia minden sejtünkben lejátszódik. Ez tulajdonképpen az „önfelvétel” folyamata, amikor a sejtek elpusztítják és újrafeldolgozzák a felesleges vagy nem kívánt sejtkomponenseket, például a sérült fehérjéket, vírusokat és baktériumokat.
Az autofágia jelensége több mint 50 éve ismert. Jelentőségét a sejtfiziológiában és az orvostudományban azonban csak 1992 után kezdték feltárni, amikor Ohsumi és munkatársai cikket írtak az autofágia mechanizmusáról.
Közlekedési rendszer
Állati sejtekben az autofágia folyamata úgynevezett lizoszómákban, azaz sejtes organellákban megy végbe, amelyek képesek lebontani az összes biomolekulát: cukrokat, zsírokat és fehérjéket. A lizoszóma felfedezéséért már Nobel-díjat is kapott, Cristian de Duve-nek 1974-ben ítélték oda.
Ahhoz, hogy a rakomány (biomolekulák, vírusok és baktériumok) eljusson a lizoszómába, a sejtben valamilyen kifinomult szállítási rendszernek kell lennie. Úgy működik, hogy létrehoz egy vezikulát, egy hordozható membráncsomagot, amely először körülveszi a terhelését, majd később bezárja.
A vezikulát, amelynek terhelése benne van, autofagoszómának nevezik, és képes kapcsolódni ahhoz a lizoszómához, amelyben a lebontó enzimek végzik munkájukat.
Magát az autofágia mechanizmusát azonban csak addig kutatták, amíg Ohsumi 1988-ban létrehozott egy kutatócsoportot.
Élesztőről és emberről
Ohsumi élesztővel végezte el a kezdeti kísérleteket, például sütéshez vagy sörgyártáshoz. Az élesztő gyakran szolgál mintaszervezetként, különösen egyszerűsége, gyors növekedése és a mutációk bevezetésének lehetősége miatt.
Speciális sejtorganellákat is tartalmaznak, amelyeket vakuoloknak neveznek (hasonlóan az állati sejtek lizoszómáihoz). Ahhoz, hogy mikroszkóp alatt megfigyelhesse őket, és bebizonyítsa, hogy autofágia is előfordul bennük, Ohsuminak mutáns élesztőket kellett kifejlesztenie, amelyekben blokkolta az autofagosómák feldolgozását.
Ezek kezdtek felhalmozódni a vakuolokban, ezért mikroszkóp alatt látták őket.
Az élesztő vakuolákat, lizoszómáinkhoz hasonló organellákat tartalmaz (jobbra). Ha blokkolták az autofagoszómák feldolgozásának lehetőségét bennük, vakuólákban kezdtek felhalmozódni, ami lehetővé tette őket közvetlenül mikroszkóp alatt (középen) megfigyelni. Ezután Ohsumi különféle élesztő mutánsokat (jobbra, élesztő kultúrákkal teli Petri-csészéket) vizsgált meg, amelyekben 15 gént azonosított. Fotó - nobelprize.org
További kutatások 15 olyan gént azonosítottak, amelyek felelősek az autofágia kiváltásáért és szabályozásáért. Ezek különböző kontrollfehérjék és fehérjekomplexek teljes kaszkádját kódolják, amelyek mindegyike befolyásolja az autofagosóma-képződés egyes szakaszait.
Yoshinori Ohsumi fénykép - Ill. Niklas Elmehed/Nobel Media 2016.
"(Ohsumi) nagyon szerény genetikus, aki megváltoztatta az egész tudományos területet. Egy furcsa anyagcsere-út érdekelte, amelynek eredményeként az orvostudomány nagyon fontos útvonalat hozott létre "- mondta Sharon Tooze, a londoni Fracis Crisk Institute biológusa a Nature-nek a díjátadón.
"Yoshinori Ohsumi nagyon jól ismert Japánban, különösen a tudományos közösségben. A hallgatók már alapképzésen tanulnak róla és kutatásairól "- mondta Jasunori Okamoto, a Svájcban dolgozó japán posztdoktori munkatárs a Denník N-nek.
Fontosság az orvostudományban
Az autofágia és az ahhoz kapcsolódó folyamatok kutatása az Ohsum első publikációi után kezdett jelentős előrelépést elérni. Ma például már tudjuk, hogy az autofágia folyamata anyagot nyújt a sejtkomponensek javításához és újrahasznosításához.
Ez a sejt fontos válasza a környezet különböző stresszes ingereire, például tápanyagok hiányára vagy vírusok és baktériumok általi fertőzésre.
Az autofágia segíti a sejtek differenciálódását és az embrió fejlődését. Ezenkívül az öregedéssel járó egyik alapvető mechanizmus.
Ha a sejtben az autofágia mechanizmusai károsodnak, különféle betegségek alakulhatnak ki, például cukorbetegség, Parkinson-kór, epilepszia, különféle genetikai rendellenességek vagy akár rák.
Autofágia az orvostudományban. Ez a mechanizmus fontos a sejtek megfelelő működésének biztosításához az embrió fejlődése során, de a vírusok és baktériumok elleni küzdelemben is. Rendellenességei neurodegeneratív betegségekhez vagy rákhoz vezetnek. Fotó - nobelprize.org
Az autofágiával összefüggő folyamatok Ohsum tanulmányozásának köszönhetően a tudományos közösség érdeklődése e kérdés iránt jelentősen megnőtt. A mai napig az autofágia a biomedicina egyik legjobban vizsgált területévé vált, ami a publikációk számának jelentős növekedésében mutatható ki, különösen 2000 óta.
A Nobel-díj hete hagyományosan a Nobel-díjjal kezdődött fiziológia vagy orvostudomány. Idén Yoshinori Ohsumi a 23. díjazott japánként vette fel.
2015-ig 106-ot díjaztak, ebből 38-at csak egy díjazottnak ítéltek oda. Tavalyig 12 nő nyerte el a fiziológia vagy az orvostudomány díját.
A legfiatalabb nyertes Frederik G. Banting lett, akit 1923-ban díjaztak az inzulin felfedezésével. Akkor 32 éves volt. Épp ellenkezőleg, a legidősebb Peyton Rous volt, aki 1966-ban, 87 éves korában díjat kapott a daganatot okozó vírusok felfedezéséért. A fiziológia vagy az orvostudomány Nobel-díjas átlagéletkora 58 év.
Tavaly dicsérték az úgynevezett "elhanyagolt trópusi betegségek" kutatását. A kínai Juju Tuová elvitte az Artemisinin, a malária elleni gyógyszer felfedezése miatt, valamint William C. Campbell és Satoshi Omura házaspár az onchocerciasis (folyóvakság) és a filariasis kezelésében végzett közös kutatás érdekében.