O dietach

Nobel za "detoks". 1

Nobel za „detoks”.

To krótka historia autofagii – detoksu komórkowego. Choć trudno mówić o krótkiej historii zjawiska tak pierwotnego ewolucyjnie, jak autofagia. Obecnie nie ulega już wątpliwości, że jego rola w przetrwaniu i zdrowiu organizmów jest wielkiej wagi. Świeża jest jednak ludzka świadomość w tej kwestii. Stosunkowo niedawne odkrycia naukowe powoli przeniknęły do szerszej publiki, osiągając w końcu …

To krótka historia autofagii – detoksu komórkowego.

Choć trudno mówić o krótkiej historii zjawiska tak pierwotnego ewolucyjnie, jak autofagia. Obecnie nie ulega już wątpliwości, że jego rola w przetrwaniu i zdrowiu organizmów jest wielkiej wagi. Świeża jest jednak ludzka świadomość w tej kwestii. Stosunkowo niedawne odkrycia naukowe powoli przeniknęły do szerszej publiki, osiągając w końcu spore zainteresowanie. Ostatecznie zdrowie i długowieczność są jednymi z głównych pragnień człowieka. Czy autofagia może mieć związek z ich spełnieniem?

Auto phagein

Już greckie korzenie słowa „autofagia” wskazują na samozjadanie. W istocie, jest to podstawowy wewnątrzkomórkowy proces kontrolowanego rozkładu, umożliwiający recykling
niepotrzebnych lub wadliwych komponentów, jak również eliminację patogenów. Autofagia może być zapoczątkowana przez niespecyficzne metaboliczne bodźce, jak niedobór substancji odżywczych lub przez wysoce wyspecjalizowane sygnały, konieczne dla pozbycia się uszkodzonych lub nadmiarowych białek i organelli. W ten sposób przyczynia się ona do zachowania w komórce homeostazy, wewnętrznej równowagi. Autofagia występuje u wszystkich organizmów eukariotycznych (posiadających jądro komórkowe), od drożdży, aż po człowieka. Pierwsze doniesienia o autofagii datują się na połowę XX wieku, kiedy rozwój technik mikroskopowych umożliwił obserwację wnętrza komórki. Wówczas to odkryto lizosomy, niewielkie pęcherzyki zawierające enzymy, umożliwiające trawienie białek, kwasów nukleinowych, węglowodanów i tłuszczy. Wkrótce odnotowano, że pęcherzyki te zawierają czasem duże fragmenty wnętrza komórek, a nawet całe organella, jak chociażby mitochondria. Dalsze obserwacje
mikroskopowe wykazały, że materiał przeznaczony do rozkładu w lizosomach dostarczany był w innego rodzaju pęcherzykach. W 1963 roku belgijski uczony Christian de Duve nazwał je autofagosomami, zaś cały proces autofagią, samozjadaniem. W 1974 roku został on nagrodzony Nagrodą Nobla za odkrycie lizosomów.

Jak na drożdżach

W tamtych czasach nauka była jednak daleka od zrozumienia natury autofagii. Dopiero początek lat 90tych przyniósł przełom w tej kwestii. Yoshinori Ohsumi w nowym laboratorium w Tokio podjął się trudu wyjaśnienia mechanizmów autofagii. W przeciwieństwie do swoich poprzedników, nie użył on komórek ssaczych. Wykorzystał najprostsze drożdże S. Cerevisiae, powszechnie znane w piekarnictwie, browarnictwie czy winiarstwie. Jako eukariota, są one stosunkowo podobne do komórek ludzkich. Jednocześnie są wyjątkowo łatwe w hodowli, dzięki czemu stały się popularnym modelem w badaniach. Ohsumi skupił się na rozkładzie białek w wakuolach – drożdżowym odpowiedniku zwierzęcych lizosomów. Wybór drożdży jako modelu badawczego nastręczał jednak pewną trudność – komórki te są niewielkie i trudno było dojrzeć pod mikroskopem, czy w ogóle przeprowadzają autofagię. Ohsumi użył więc zmutowanych drożdży pozbawionych enzymów wakuolarnych. Następnie głodził je aby podjęły autofagię. W ciągu kilku godzin wakuole tych komórek wypełniły się niestrawionymi pęcherzykami – autofagosomami. Ich akumulacja umożliwiła obserwacje mikroskopowe. Tym samym japoński badacz wykazał występowanie autofagii u drożdży oraz opracował znakomite narzędzie do analizy genów zaangażowanych w ten proces. Ohsumi wyszedł z założenia, że akumulacja autofagosomów nie mogłaby nastąpić, gdyby geny odpowiadające za autofagię zostały uszkodzone. Poddawał więc drożdże działaniu substancji chemicznych, powodujących mutacje w losowych miejscach genomu, po czym pobudzał komórki do autofagii. W ten sposób odkrył, które geny były niezbędne dla tego procesu – ich uszkodzenie skutkowało brakiem akumulacji autofagosomów. Wykazał również, że komórki z defektem genów autofagii znacznie szybciej traciły żywotność w warunkach pozbawienia substancji odżywczych.

U szczytu sławy

Zrozumienie mechanizmów autofagii wstrząsnęło światem nauki. Ohsumi zapoczątkował prawdziwą lawinę odkryć. Odpowiedniki drożdżowych genów zostały wykryte u nicienia C. Elegans, jak również w komórkach ssaków. Autofagia okazała się kluczowym mechanizmem wewnątrzkomórkowej kontroli jakości, samonaprawy. Jest nieodzowna dla utrzymania homeostazy i równowagi między syntezą a degradacją makromolekuł. Występuje ona zarówno w wielu fizjologicznych procesach, jak również pod wpływem bodźców stresowych. Wyróżnić tu można stres oksydacyjny, niepoprawne zwinięcie białek, infekcje wirusowe czy niedobór substancji odżywczych. Ostatnie dwadzieścia lat zaowocowało wiedzą na temat znaczenia autofagii dla zdrowia człowieka. Wiele naturalnych procesów zachodzi z jej udziałem, jak choćby dojrzewanie erytrocytów, produkcja sufraktantów w komórkach nabłonka oddechowego, czy produkcja neurolaminy w neuronach dopaminergicznych. Występowanie przewlekłych chorób wzrasta wraz z wiekiem, będąc konsekwencją akumulacji uszkodzeń komórkowych. Zaburzenie lub długotrwałe zahamowanie autofagii może prowadzić do nowotworów, chorób neurodegeneracyjnych, starzenia, zaburzeń metabolicznych, chorób autoimmunologicznych, stanów zapalnych i infekcji. Mimo upływu czasu, wciąż jest to temat intensywnych badań.

Refleksja nad higieną życia wydaje się nieodzowną konsekwencją nowej wiedzy. Miliardy lat ewolucji przystosowały organizmy do zmiennej dostępności substancji odżywczych. W okresach niedostatku, metabolizm zostaje przeprogramowany, umożliwiając wewnętrzne pozyskiwanie energii kosztem elementów uszkodzonych i niepotrzebnych. Gwałtowna zmiana trybu życia zastała organim ludzki kompletnie niegotowym na nowe warunki, skutkując coraz to liczniejszymi chorobami cywilizacyjnymi. Coraz bardziej popularne posty stanowią swego rodzaju powrót do korzeni, umożliwiając wykorzystanie wewnętrznych mechanizmów naprawczych. Pytaniem pozostaje, czy człowiek współczesny zmądrzeje na tyle, by żyć w zgodzie z tym, co natura doskonaliła tak długo?

Autorka opracowania: Agata Łuczak, mgr biotechnologii

Nagroda Nobla 2016 – publikacje
1. Takeshige, K., Baba, M., Tsuboi, S., Noda, T. and Ohsumi, Y. Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. J. Cell Biol., 1992.
2. Tsukada, M. and Ohsumi, Y. Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cervisiae. FEBS Letters, 1993.
3. Mizushima, N., Noda, T., Yoshimori, T., Tanaka, Y., Ishii, T., George, M.D., Klionsky, D.J., Ohsumi, M. and Ohsumi, Y. A protein conjugation system essential for autophagy. Nature, 1998.
4. Ichimura, Y., Kirisako T., Takao, T., Satomi, Y., Shimonishi, Y., Ishihara, N., Mizushima, N., Tanida, I., Kominami, E., Ohsumi, M., Noda, T. and Ohsumi, Y. A ubiquitin-like system mediates protein lipidation. Nature, 2000.

Udostępnij