Autofagia, czyli samozjadanie.

Nagroda Nobla 2016. Medycyna.

Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 2016 roku została przyznana za odkrycia dotyczące procesu zwanego autofagią, a laureatem został japoński naukowiec, profesor Tokijskiego Instytutu Technologii w Jokohamie, Yoshinori Ohsumi

.Autofagia została po raz pierwszy dosyć ogólnikowo opisana w latach 60. ubiegłego wieku przez Christiana de Duve’a i jego współpracowników z Rockefeller University, jednak wówczas nie domyślano się jeszcze znaczenia tego odkrycia. Trzydzieści lat później Yoshinori Ohsumi wraz ze współpracownikami przeprowadził serię eksperymentów, które zakończyły się ogromnym sukcesem: zidentyfikowano podstawowe geny i białka odpowiedzialne za autofagię. Dalsze intensywne badania nad tym zjawiskiem wykazały, że jest ono nie tylko ważne, lecz wręcz niezbędne do prawidłowego rozwoju i przeżycia większości organizmów żywych. W chwili obecnej jest to jeden z najczęściej podejmowanych tematów badań w dziedzinie nauk o życiu.

Autofagię często przedstawia się jako mitycznego węża Uroborosa zjadającego własny ogon, symbol staroegipski i grecki

.Autofagia, czyli „samozjadanie” (gr. autós — sam, phágos — pożeracz), pojawia się w organizmie zazwyczaj w odpowiedzi na działanie czynników indukujących rozwój i różnicowanie oraz niedobór czynników odżywczych, uszkodzenia powodowane przez toksyny komórkowe, cytokiny wywołujące stan zapalny, bakterie i wirusy oraz mutacje DNA. Obecnie wiadomo, że jest wiele rodzajów autofagii. Podstawowy podział wyróżnia makroautofagię, mikroautofagię oraz tzw. autofagię zależną od czaperonów — CMA (ang. chaperone mediated autophagy). Procesy te mogą być bardzo selektywne, polegające na rozkładzie konkretnych, m.in. uszkodzonych organelli, np. mitofagia w przypadku mitochondriów czy nukleofagia w przypadku fragmentów jądra komórkowego, jak również białek oraz patogenów. Niespecyficzna autofagia występuje wtedy, gdy rozkładowi ulega wiele różnych „zbędnych” struktur, które po strawieniu mogą stać się znakomitym budulcem dla nowych oraz źródłem energii do prawidłowego funkcjonowania komórek. Z tego względu proces ten jest często nazywany „recyklingiem komórkowym”.

Najbardziej znana i mająca największe znaczenie dla homeostazy komórki i organizmu jest makroautofagia, która polega na degradowaniu organelli wewnątrzkomórkowych przy udziale specjalnych struktur zwanych autofagosomami oraz lizosomów zawierających enzymy trawienne.

Etapy makroautofagii: a, b, c — powstawanie autofagosomu (indukcja, nukleacja, elongacja), d — fuzja autofagosomu z lizosomem (dojrzewanie), e — degradacja (trawienie)

.Autofagia jest adaptacją do warunków stresowych, wykształconą w toku ewolucji i tak przydatną, że jej mechanizmy są podobne w niemal całym świecie organizmów żywych, jednokomórkowych i wielokomórkowych, niżej i wyżej zorganizowanych. Kontrolę nad tym zjawiskiem utrzymują geny oraz kodowane przez nie białka (grupa białek Agt), które są bardzo konserwatywne, stąd pełnią niemal identyczne role w komórkach grzybów, roślin czy zwierząt. Wśród podstawowych funkcji autofagii w organizmie człowieka należy wyróżnić:

•  zachowanie równowagi pomiędzy biosyntezą a rozkładem makrocząsteczek; autofagia może promować przeżycie, lecz również wywoływać śmierć komórki, w zależności od warunków i potrzeb;
•  udział w implantacji blastocysty w macicy, w rozwoju zarodka i płodu;
•  udział w procesach swoistych tkankowo, np. dojrzewaniu erytrocytów krwi (m.in. utrata jądra komórkowego) czy też biogenezie surfaktantu, substancji, która wyściela pęcherzyki płucne i umożliwia ponowne wypełnianie płuc powietrzem po wydechu;
•  rolę w hamowaniu kancerogenezy poprzez eliminację komórek zmienionych nowotworowo, na drodze tzw. programowanej śmierci komórki typu II, niezależnie lub wspólne z innym bardzo znanym tzw. I typem programowanej śmierci — apoptozą (Nobel 2002);
•  ochronę przed patogenami (bakterie i wirusy).

.Wiadomo, że autofagia może pojawiać się w przebiegu różnych procesów patologicznych, m.in. neurodegeneracyjnych, chorób serca i nowotworowych — wówczas działa na naszą niekorzyść. Przykładowo, dzielące się w sposób niekontrolowany komórki nowotworowe, wykorzystując strategię trawienia zbędnych organelli w celu uzyskania energii, mogą przeżyć w warunkach niedoboru substancji odżywczych, kiedy szybko rosnący guz nie ma jeszcze odpowiedniego ukrwienia, gdyż naczynia tworzą się wolniej.

Autofagię można też z powodzeniem wykorzystać w leczeniu wielu chorób, w tym nowotworowych, dystrofii mięśniowych (np. choroba Duchenne’a), choroby Huntingtona, Parkinsona, niepłodności, zespołu metabolicznego czy gruźlicy. W przypadku tej ostatniej, jak również innych chorób zakaźnych, m.in. poprzez wywoływanie tego procesu w zakażonych komórkach można niszczyć bakterie lub wirusy zarówno u osób chorych, jak i nosicieli, którzy nie wykazują objawów choroby.

Badania nad autofagią nadal trwają i wiążą się z nimi duże nadzieje współczesnej medycyny na lepsze poznanie podstawowych procesów fizjologicznych, w tym rozwoju człowieka. Ponadto pozwalają na zrozumienie mechanizmów wielu chorób, walkę z nimi, jak również opóźnianie starzenia się organizmu, a tym samym skuteczne zapobieganie wielu procesom patologicznym.

.Uhonorowanie Nagrodą Nobla profesora Yoshinori Ohsumiego przez Instytut Karolinska jest moim zdaniem w pełni zasłużone. To bardzo mądra, trafna decyzja. Serdeczne podziękowania i gratulacje!

Sylwia Borska