Denník N

Udelili prvú Nobelovu cenu, je za výskum odbúrania prebytočných a poškodených bunkových štruktúr

Jošinori Ohsumi vo svojej pracovni na Tokijskom inštitúte pre technológie. Foto – titech.ac.jp
Jošinori Ohsumi vo svojej pracovni na Tokijskom inštitúte pre technológie. Foto – titech.ac.jp

Autofágia je dôležitá pre správne fungovanie buniek, pre boj s vírusmi a baktériami či počas vývoja embrya. Jej poruchy vedú k Parkinsonovej chorobe, epilepsii, cukrovke alebo rakovine.

Na Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu tohto roku nominovali 273 vedcov z celého sveta. Spomedzi nich si najprestížnejšie vedecké ocenenie odniesol 71-ročný Japonec Jošinori Ohsumi za „objasnenie mechanizmu autofágie“.

Autofágia prebieha v každej našej bunke. Ide vlastne o proces „samopožierania sa“, keď bunky ničia a recyklujú nepotrebné alebo nežiaduce bunkové komponenty ako poškodené bielkoviny či vírusy a baktérie.

Jav autofágie je známy už vyše 50 rokov. Jeho dôležitosť vo fyziológii bunky a v medicíne sa však začala skúmať až po roku 1992, Ohsumi a jeho kolegovia vtedy napísali článok, v ktorom opísali mechanizmus autofágie.

Transportný systém

V živočíšnych bunkách prebieha proces autofágie v takzvaných lyzozómoch, teda bunkových organelách, ktoré dokážu rozložiť všetky biomolekuly: cukry, tuky aj bielkoviny. Za objav lyzozómu už udelili Nobelovu cenu, dostal ju Cristian de Duve v roku 1974.

Aby sa náklad (biomolekuly, vírusy a baktérie) dostal až do lyzozómu, musí v bunke existovať nejaký prepracovaný transportný systém. Funguje na základe vytvorenia vezikuly, teda prenosného membránového obalu, ktorý svoj náklad najprv obkolesí a neskôr uzavrie.

Vezikula s nákladom vnútri sa nazýva autofagozóm a je schopná spojiť sa s lyzozómom, v ktorom rozkladné enzýmy urobia svoju prácu.

Samotný mechanizmus autofágie však nebol preskúmaný, až kým si Ohsumi nezaložil výskumnú skupinu v roku 1988.

igure 1: Our cells have different specialized compartments. Lysosomes constitute one such compartment and contain enzymes for digestion of cellular contents. A new type of vesicle called autophagosome was observed within the cell. As the autophagosome forms, it engulfs cellular contents, such as damaged proteins and organelles. Finally, it fuses with the lysosome, where the contents are degraded into smaller constituents. This process provides the cell with nutrients and building blocks for renewal. Foto - nobelprize.org
Autofagozóm, teda transportná vezikula, sa vytvára okolo nežiaducich alebo nepotrebných biomolekúl. Takýto náklad následne prenesú k lyzozómu, s ktorým sa napokon spoja. Obsah lyzozómu je bohatý na rozkladné enzýmy, ktoré prenesené biomolekuly rozložia na menšie časti. Tie bunka dokáže recyklovať a použiť ako živiny.  Foto – nobelprize.org

O kvasinkách a ľuďoch

Prvotné experimenty Ohsumi uskutočnil na kvasinkách, takých, aké používame pri pečení či výrobe piva. Kvasinky často slúžia ako modelový organizmus, najmä pre svoju jednoduchosť, rýchly rast a možnosť zavádzania mutácií.

Obsahujú aj špeciálne bunkové organely nazývané vakuoly (podobné ako lyzozómy živočíšnych buniek). Aby ich mohli pozorovať pod mikroskopom a dokázať, že autofágia prebieha aj v nich, musel Ohsumi vyvinúť mutantné kvasnice, v ktorých zablokoval spracovanie autofagozómov.

Tie sa začali hromadiť vnútri vakuol, takže ich uvideli pod mikroskopom.

Kvasinky obsahujú vakuoly, organely podobné našim lyzozómom (vpravo). Ak v nich zablokovali možnosť spracovania autofagozómov, začali sa hromadiť vo vakuolách, čo umožnilo ich priame pozorovanie pod mikroskopom (stred). Ohsumi následne preskúmal tisíce rôznych mutantov kvasiniek (vpravo, Petriho misky plné kultúr kvasiniek), v ktorých identifikoval 15 génov. Foto – nobelprize.org

Ďalším výskumom sa mu podarilo identifikovať 15 génov, ktoré sú zodpovedné za spúšťanie a reguláciu autofágie. Tie kódujú celú kaskádu rôznych kontrolných bielkovín a bielkovinových komplexov, z ktorých každá vplýva na niektoré zo štádií vytvárania autofagozómu.

Yoshinori Ohsumi Foto - Ill. Niklas Elmehed / Nobel Media 2016.
Jošinori Ohsumi Foto – Ill. Niklas Elmehed/Nobel Media 2016.

„(Ohsumi) je veľmi skromný genetik, ktorý zmenil celý vedecký odbor. Zaujímala ho divná metabolická dráha, z ktorej sa vykľula veľmi dôležitá dráha v medicíne,“ povedala pre Nature na margo ocenenia Sharon Tooze, biologička z Inštitútu Fracisa Criska v Londýne.

„Jošinori Ohsumi je v Japonsku veľmi známy, najmä vo vedeckej komunite. Študenti sa o ňom a jeho výskume učia už na bakalárskom stupni štúdia,“ povedal pre Denník N Jasunori Okamoto, postdoktorant z Japonska pôsobiaci vo Švajčiarsku.

Dôležitosť v medicíne

Výskum autofágie a s ňou spojených procesov začal po prvých Ohsumových publikáciách výrazne napredovať. Dnes už napríklad vieme, že proces autofágie poskytuje materiál na opravu bunkových komponentov a ich recykláciu.

Ide o dôležitú odpoveď bunky na rôzne stresové podnety z okolia, ako napríklad nedostatok živín či napadnutie vírusmi a baktériami.

Autofágia pomáha bunkovej diferenciácii a vývoju embrya. Navyše ide o jeden zo základných mechanizmov, ktorý je spojený so starnutím.

Ak sú mechanizmy autofágie v bunke poškodené, môže dôjsť k vývoju rôznych ochorení, ako je diabetes, Parkinsonova choroba, epilepsia, rôzne genetické poruchy či dokonca rakovina.

Autofágia v medicíne. Tento mechaniymus je dôležitý pre yabeypečenie správnej činnosti buniek, počas vývoja embrza, ale aj boji s vírusmi a baktériami. jeho poruchy vedú k neurodegeneratívnym chorobám, či rakovine. Foto - nobelprize.org
Autofágia v medicíne. Tento mechanizmus je dôležitý na zabezpečenie správnej činnosti buniek, počas vývoja embrya, ale aj v boji s vírusmi a baktériami. Jeho poruchy vedú k neurodegeneratívnym chorobám či rakovine. Foto – nobelprize.org

Vďaka Ohsumovmu štúdiu procesov spojených s autofágiou výrazne stúpol záujem vedeckej komunity o túto problematiku. Autofágia sa do dnešného dňa stala jednou z najštudovanejších oblastí biomedicíny, čo je možné vidieť aj na výraznom náraste počtu publikácií, najmä od roku 2000.

Nobelova cena sa udeľuje od roku 1901. Do minulého roku sa ich udelilo 573, ceny boli prerozdelené medzi 900 laureátov. Udeľujú sa v kategóriách: medicína alebo fyziológia, fyzika, chémia, ekonómia, literatúra a mier.

Týždeň udeľovania Nobelových cien sa začal tradične cenou za fyziológiu alebo medicínu. Tohto roku si ju odniesol Jošinori Ohsumi ako 23. ocenený Japonec.

Do roku 2015 ich udelili 106, z toho 38 iba jednému laureátovi. Cenu za fyziológiu alebo medicínu si do minulého roku odnieslo 12 žien.

Najmladším oceneným bol Frederik G. Banting, ktorý bol v roku 1923 ocenený za objav inzulínu. Mal vtedy 32 rokov. Naopak, najstarším bol Peyton Rous, ktorý v roku 1966 ako 87-ročný dostal cenu za objav vírusov vyvolávajúcich nádory. Priemerný vek laureáta Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu je 58 rokov.

Minulý rok ocenili výskum v oblasti takzvaných „zanedbaných tropických chorôb“. Odniesla si ju Čínaňka Juju Tuová za objav Artemisininu, lieku na maláriu, a dvojica William C. Campbell a Satoši Omura za spoločný výskum v oblasti liečby onchocerkózy (riečna slepota) a filariázy.

Dostupné z doi: 10.1083/jcb.119.2.301.

Nobelove ceny

Teraz najčítanejšie