Медицинская нобелевка присуждена за аутофагию

Единственным обладателем высшей научной награды в номинации «физиология или медицина» стал Ёсинори Осуми.

Нобелевская неделя 2016 года началась с объявления в Каролинском институте лауреата премии по физиологии или медицине. С формулировкой «за открытия механизмов аутофагии» им стал профессор Токийского технологического института Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi).

Основные работы Осуми, посвященные этой проблеме, были опубликованы в 1990-х годах. В XXI веке ученый уже получил несколько научных премий, включая престижные премии Асахи (2008) и Киото за достижения в науках о жизни (2012), премию Рейтерс как лидера по цитированию (2013), международную премию Гайрднера и десяток других наград.

Аутофагия в клетках была обнаружена еще в 1960-е, когда ученые увидели, как клетка переваривает часть собственного содержимого, окружив ее мембранной оболочкой. Получившийся пузырек доставлялся в лизосомы - клеточные органы, служащие для переваривания. Внутри лизосом выделяются гидролитические ферменты, способные расщеплять макромолекулы. В растительных клетках и клетках дрожжей роль лизосом выполняют вакуоли. Бельгийский ученый Кристиан де Дюв (Christian René de Duve) был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1974 году за открытие лизосом. Он же ввел термин «аутофагия» и назвал пузырьки-везикулы, доставляемые для уничтожения в лизосомы, аутофагосомами.

Долгое время было известно лишь, что аутофагосома формируется вокруг подлежащего «разборке» материала, например, поврежденных клеточных органелл, затем путешествует к лизосоме, сливается с ней, и содержимое расщепляется лизосомными ферментами. Лизосому в таком случае часто называют аутолизосомой.

В 70-х и 80-х годах основные успехи были достигнуты в изучении другого механизма расщепления белков в клетке - протеолитической деградации (протеолизма). Он возникает благодаря крупным молекулам ферментов - протеасомам. Сначала небольшой белок убиквитин присоединяется к белку, подлежащему расщеплению. На это реагирует протеасома, присоединяется в свою очередь к убиквитину и начинает свою работу. Этот механизм обеспечивает деградацию 80-90% белков в клетке. За открытие убиквитин-опосредованной деградации белка в 2004 году Нобелевскую премию по химии получили Аарон Чехановер, Аврам Гершко и Ирвин Роуз.

Хоть протеасомы и выполняют большую часть работы по уничтожению белков, меньшая по объему, но не меньшая по важности работа приходится на механизм лизосомной аутофагии. Именно он позволяет клетке избавляться от крупных белковых комплексов и изношенных органелл. В своей лаборатории Ёсинори Осуми провел ряд экспериментов с обычными пекарскими дрожжами (Saccharomyces cerevisiae), благодаря которым выяснил, какие гены ответственны за аутофагию.

Правда, в начале ученому пришлось решить одну проблему. Клетки дрожжей малы, и в то время они не были достаточно изучены, так что у биологов даже не было уверенность, что в вакуолях дрожжевых клеток происходит тот же процесс аутофагии, что и в лизосомах животных. Разглядеть этот процесс под микроскопом не удавалось. Осуми рассудил, что доказательством послужит накопление аутофагосом в вакуолях дрожжевых клеткок, лишенных расщепляющих белки ферментов. Он получил мутантные клетки без этих ферментов, и действительно их вакуоли стали довольно быстро наполняться множеством мелких пузырьков.

Экспериментируя с геномом дрожжевых клеток, вызывая в нем различные мутации, Осуми сумел установить 15 генов, связанных с механизмом аутофагии. Затем он перешел к исследованию контролируемых этими клетками белков. Результаты показали, что весь процесс аутофагии управляется каскадом белков и белковых комплексов, каждый из которых регулирует отдельную стадию формирования аутофагосом. Работы Осуми не только выявили механизм аутофагии у дрожжевых клеток, но и дали ученым исследовательские методы, позволившие изучать аутофагию уже и в клетках человека. Благодаря его открытию, стала ясной фундаментальная роль аутофагии в жизни организма.

Сам ученый выразил удивление по поводу выбора Нобелевского комитета, но подчеркнул, что это честь для него. Последний раз единственный лауреат в номинации «физиология или медицина» был шесть лет назад, а 2010 году, когда за технологию искусственного оплодотворения премия была присуждена Роберту Эдвардсу.