Вісник НАН України. 2016. № 12. С. 48-62
https://doi.org/10.15407/visn2016.12.048

 

СИБІРНИЙ Андрій Андрійович –
доктор біологічних наук, професор, академік НАН України, директор Інституту біології клітини НАН України

МЕХАНІЗМИ АВТОФАГІЇ, АБО САМОПОЇДАННЯ – ПОСТІЙНОЇ ДЕГРАДАЦІЇ КЛІТИННОГО МАТЕРІАЛУ, БЕЗ ЯКОЇ ЖИТТЯ НЕМОЖЛИВЕ
Нобелівська премія з фізіології і медицини 2016 року

Лауреатом Нобелівської премії в галузі фізіології і медицини 2016 р. став професор Токійського технологічного інституту Йосінорі Осумі (Yoshinori Ohsumi) з формулюванням «за відкриття механізмів автофагії». Він з’ясував основні етапи цього процесу та ідентифікував гени, що беруть участь на окремих його етапах. Виявлено чинники середовища, що регулюють автофагію. Крім неспецифічної (загальної) автофагії, ідентифіковано селективні процеси деградації ендоплазматичного ретикулуму, рибосом, а також певних органел (мітохондрій, пероксисом, ліпідних гранул, ядра). У лабораторії автора огляду відкрито кілька нових генів, залучених в автофагійну деградацію пероксисом (пексофагію). В огляді розглянуто також практичне значення вивчення механізмів автофагії для медицини і біотехнології.
Ключові слова: автофагія, пексофагія, Atg-білки, неспецифічна (загальна) та селективні типи автофагії, Нобелівська премія, Й. Осумі.

Відомо, що життя включає в себе процеси постійного синтезу та деградації. Як клітина синтезує білки, як відбувається біогенез органел, ми знаємо непогано. Вчені, які відкрили основні закономірності процесів синтезу білка та його регуляції, були неодноразово відзначені найвищою нагородою в науці – Нобелівською премією. Набагато менше ми знаємо, як клітина деградує білки та клітинні органели. Нормальний перебіг процесів життєдіяльності передбачає постійну деградацію білків та органел. Порушення цих процесів призводить до патологічних станів, у тому числі численних захворювань. Однак для чого потрібна така деградація? Справа в тому, що клітинні білки мають обмежений період «активного життя», коли вони перебувають у правильній просторовій конформації і можуть виконувати свої функції. Через певний час, найчастіше декілька днів, білки втрачають правильну конформацію внаслідок денатурації, і щоб уникнути негативних наслідків для клітини, такі білки мають бути розщеплені до амінокислот, які в подальшому використовуватимуться для побудови нових білків з правильною конформацією. І доки існує життя, доти й відбуваються ці різноспрямовані процеси біосинтезу та деградації.

Розрізняють два основні типи деградації білків. В еукаріотичній клітині це протеасомна деградація, що відбувається в цитоплазмі, та автофагія, що відбувається в спеціальній органелі – лізосомі або вакуолі. Розглянемо коротко кожен з цих шляхів.

Нобелівські премії за відкриття протеасомної деградації білків та автофагії Цитоплазматична деградація білків здійснюється у величезному мультиензимному комплексі, відомому як протеасома. Білок, що підлягає деградації, спочатку зв’язується зі спеціальним білком убіквітином, після чого утворений комплекс зв’язується з протеасомою, де і відбувається деградація . За відкриття ролі убіквітину в протеасомній деградації білків ізраїльтяни Аарон Чехановер (Aaron Ciechanover) та Аврам Гершко (Avram Hershko) і американець Ірвін Роуз (Irwin A. Rose) були удостоєні Нобелівської премії з хімії в 2004 р. У 2008 р. А. Чехановер відвідав Україну, побував у Львові та Києві, взяв участь у роботі ХІІ Міжнародного конгресу з дріжджів, на якому виступив з пленарною доповіддю. У 2009 р. А. Чехановера обрано іноземним членом НАН України. Протеасоми відповідають за деградацію білків з неправильною просторовою конформацією, зокрема денатурованих білків, а також чужорідних білків. У відповідь на стресові чинники, такі як тепловий або оксидативний стрес, різні типи інфекції, білки теплового шоку ідентифікують білки з неправильною просторовою конформацією і беруть участь в їх доставці до протеасом, де ці білки деградують. Порушення протеасомної деградації вважають однією з причин таких захворювань, як рак мозку (астроцитома), нейродегенеративні хвороби (синдроми Паркінсона, Альцгеймера), аутизм та міопатія. Один з інгібіторів дії протеасом, бортезоміб (MG132), виявився ефективним лікарським засобом для лікування множинної мієломи і може застосовуватися також для лікування раку підшлункової залози та деяких аутоімунних захворювань. Автофагія (дослівно з гр. самопоїдання) є альтернативним механізмом деградації клітинного матеріалу, переважно білків великого розміру та цілих органел. Відкриття цього явища (1963 р.), його морфологічний опис і власне сама назва належать бельгійському біохіміку Кристіану Де Дюву (Christian De Duve), який відкрив також два види органел — лізосоми і пероксисоми. Він показав, що під час автофагії клітинний матеріал поглинається і деградує в гідролітичному компартменті тваринної клітини — лізосомі. За свої відкриття Де Дюв у 1974 р. був нагороджений Нобелівською премією в галузі фізіології і медицини. Однак, крім цитологічних особливостей автофагії, молекулярні механізми процесу тривалий час залишалися невідомими.

Повний текст (PDF)