За что дали первого «Нобеля»?

3 октября в Стокгольме было объявлено имя лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине 2016 года. Им стал японский ученый, специалист по клеточной биологии Есинори Осуми. Премия присуждена за открытие молекулярного механизма и физиологической функции аутофагии.

В этом году, по прогнозам Thomson Reuters, все три группы наиболее возможных претендентов на Нобелевскую премию по физиологии и медицине были сопряжены с механизмами развития и способами борьбы с раковыми заболеваниями: белком PD1, связанным с апоптозом, и иммунотерапевтических методах борьбы с раком. Агентство не ошиблось, и предсказание сбылось — но предсказание, сделанное в 2013 году.

Премия досталась Есинори Осуми, профессору Токийского технологического института, за открытие и изучение молекулярных механизмов аутофагии — процесса разрушения клеточных компонентов. Само слово «аутофагия» в переводе с греческого означает «поедание самого себя». Это явление было открыто в 1960-х годах, когда ученые впервые заметили, что клетка может переваривать свои части, заключая их в мембранный пузырек с ферментами — лизосому. Хрестоматийный пример аутофагии — исчезновение у головастика хвоста, который не отпадает целиком, а постепенно уменьшается.

Открытие лизосомы Кристианом де Дювом также было удостоено Нобелевской премии в 1974 году. Именно этот ученый и придумал термин «аутофагия». Было установлено, что сначала то, что должно быть разрушено, клетка заключает в специальный пузырек — аутофагосому, которая сливается с лизосомой, включающей в себя ферменты, чтобы переварить содержимое.

В 1970-80-е годы больше внимания уделяли другому пути уничтожению белков, участником которого был убиквитин, «черная метка», которая крепилась к «неправильному» белку и по сути являлась его «приглашением на казнь». За открытие этого механизма была вручена Нобелевская премия 2004 года.

Есинори Осуми, японский ученый, специалист в клеточной биологии, родился 9 февраля 1945 года. В настоящее время он работает в Токийском технологическом институте. В 2012 году исследователь получил Премию Киото в номинации «Фундаментальные науки: науки о жизни». Премия Киото была учреждена в 1985 году частным фондом Inamori Foundation и вручается за «достижения в науке, технологии и культуре, вклад в мировую цивилизацию, деятельность на благо человечества». Церемония вручения премии проходит в Киото, а призовой фонд составляет 50 млн йен. Больше всего лауреатов премии являются американцами (42 человека), на втором месте Япония (18 человек), затем Великобритания (12 человек), замыкает список лидеров Франция (8 лауреатов).

В 1988 году, когда он начал свое изучение процессов аутофагии, в качестве модельного организма он выбрал дрожжи, которые легко изучать. Однако клетки дрожжей малы, и наблюдать их в микроскоп довольно трудно. Ученый даже не был уверен, есть ли у них механизмы аутофагии. Но затем Осуми понял, что если бы он мог нарушить процесс аутофагии, то аутофагосомы с непереваренными остатками клеток могли бы накапливаться в пузырьках-вакуолях и становиться видимыми в микроскоп.

Затем Осуми создал мутантный вариант дрожжей, у которых не хватало ферментов для расщепления белков, и подверг клетки стрессу и голоданию. Всего через несколько часов клетки оказались наполнены аутофагосомами. Так было открыто наличие этого механизма у дрожжей, и что даже более важно, был найден способ идентифицировать клетки, в которых механизм аутофагии нарушен. Результаты были опубликованы в 1992 году.

Этот метод позволил Осуми определить каскад белков и белковых комплексов, которые вовлечены в процесс аутофагии, и понять, какие гены ими управляют.

Благодаря работам японского ученого и его последователей мы знаем, что аутофагия контролирует важные физиологические функции организма. Нарушение механизмов аутофагии может быть одной из причин болезни Паркинсона, диабета второго типа и других генетических заболеваний, а также мутаций, ведущих к онкологии.

Процесс аутофагии помогает быстро получить энергию и строительный материал для клеток, когда организм голодает или подвергается другим типам стрессов. Аутофагия также помогает бороться с «вторжениями» болезнетворных бактерий и вирусов, участвует в развитии эмбриона (например, благодаря ей у нас нет хвостов и жабр, которые закладываются в процессе эмбрионального развитие как напоминание об эволюционном прошлом). Кроме того, клетки также включают механизмы аутофагии, чтобы разрушить «сломанные» и неправильно работающие белки и органеллы (клеточные органы), то есть помогают «убрать мусор» и навести в организме порядок, противодействуя старению.

За выяснение всех этих важнейших функций аутофагии в организме Есинори Осуми и был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 2016 года.