Ёсинори Осуми стал четвертым японцем, которому присвоена Нобелевская премия по медицине и физиологии. Первым был Судзуми Тонегава: за открытие генетического принципа образования разнообразных антител. Затем в 2012 году премию получил Синъя Яманака за работу с индуцированными стволовыми клетками, о чем «биомолекула» уже писала [1]. Год назад лауреатом премии стал Сатоси Омура, вложивший в руки врачей новое оружие для борьбы с червями-паразитами, вызывающими заболевания у людей [2]. Интересно, что за такой короткий срок сразу три премии отправились в Страну Восходящего Солнца.

Аутофагия, за изучение которой вручена премия в этом году, — это совокупность процессов, позволяющих клетке при помощи лизосом избавляться от скоплений внутриклеточного «мусора» и пришедших в негодность органелл [3]. В ходе аутофагии компонент клетки, которому суждено быть уничтоженным, окружается двухслойной мембраной, формируя аутофагосому. На следующем этапе с аутофагосомой сливается лизосома, и лизосомные ферменты начинают расщеплять содержимое аутофагосомы до самых мелких молекул. Так клетка уничтожает старые или дефектные компоненты, а «останки» используются повторно. За открытие лизосом в свое время также была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине: в 1974 году ее получил бельгиец Кристиан де Дюв [4]. Он же, кстати, и придумал термин «аутофагия» в 1963 году. Так что, в определенном смысле, у премии, врученной в этом году, есть своя «нобелевская» история.

Сам процесс аутофагии был известен с 1960-х годов, но его молекулярные основы оставались для ученых неясными. Чтобы изучить, как протекает аутофагия, Осуми выбрал обычные пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae (рис. 1). В эксперименте он использовал не простые, а мутантные клетки дрожжей: они были лишены нескольких протеолитических ферментов. Кроме этого ученые дополнительно простимулировали аутофагию, поместив клетки в среду, бедную питательными веществами (а считалось, что клетка начинает заниматься «самоедством» именно в условиях голодания). В цитоплазме клетки стали возникать аутофагосомы, и через три часа вакуоли дрожжей целиком ими заполнились (рис. 2). Ученые исследовали образовавшиеся органеллы, и оказалось, что они по составу и химической активности не отличались от окружавшей их цитоплазмы. Это означало, что процесс аутофагии был приостановлен за счет недостатка протеолитических ферментов [5]. Они должны были поступать из лизосом, но вследствие генетического дефекта ферменты не были синтезированы клеткой.

В этой же работе были опубликованы данные о том, что ключевую роль для блокирования аутофагии у дрожжей сыграло отсутствие фермента протеиназы B, закодированного в гене PRB1. Еще через год были опубликованы данные о 15 ключевых генах, задействованных в аутофагии [6]. Дальнейшие исследования, которые с коллегами проводил Ёсинори Осуми, открыли сложный каскад биохимических реакций, позволяющий дрожжевым клеткам запускать процесс аутофагии [7].

Благодаря работам Ёсинори Осуми другие ученые получили инструменты для изучения аутофагии не только у дрожжей, но и у других живых существ, включая человека. В ходе дальнейших исследований было установлено, что аутофагия — это консервативный процесс, и у людей он происходит приблизительно так же. При помощи аутофагии клетки нашего тела получают недостающие энергетические и строительные ресурсы, мобилизуя внутренние резервы. Аутофагия задействована при удалении поврежденных клеточных структур, что важно для поддержания нормальной работы клетки. Также этот процесс — один из механизмов программируемой клеточной смерти. Нарушения аутофагии могут лежать в основе рака и болезни Паркинсона. Кроме этого, аутофагия направлена на борьбу с внутриклеточными инфекционными агентами, например, с возбудителем туберкулеза. Возможно, благодаря тому, что когда-то дрожжи открыли нам секрет аутофагии, мы получим лекарство от этих и других заболеваний.

Литература

1. Нобелевская премия по физиологии и медицине (2012): индуцированные стволовые клетки;
2. Названы лауреаты Нобелевской премии-2015 по физиологии и медицине;
3. Аутофагия, протофагия и остальные;
4. The Nobel prize in physiology or medicine 1974. Сайт Нобелевского комитета;
5. Takeshige K., Baba M., Tsuboi S., Noda T., Ohsumi Y. (1992). Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. J. Cell. Biol. 119, 301–311;
6. Tsukada M. and Ohsumi Y. (1993). Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cervisiae. FEBS Lett. 333, 169–174;
7. Mizushima N., Noda T., Yoshimori T., Tanaka Y., Ishii T., George M.D. et al. (1998). A protein conjugation system essential for autophagy. Nature. 395, 395–398.