Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje - 2016 m. • Elena Naimarkas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Nobelio premijos, molekulinė biologija

Nobelio premija fiziologijos ir medicinos srityje – 2016 m

Yoshinori Osumi gimė 1945 m. Fukuokoje, Japonijoje. Ši nuotrauka buvo paimta 2016 m. Liepos mėn. Jo laboratorijoje Tokijo technologijos institute. Nuotraukos iš indianexpress.com

2016 m. Nobelio komitetas Japonijos mokslininkui Yoshinori Osumi apdovanojo fiziologijos ir medicinos premiją už atpažinimo autofagiją ir jos molekulinio mechanizmo iššifravimą. Autofagija – organoletų ir baltymų kompleksų apdorojimo procesas, svarbu ne tik ekonomiškai valdyti ląstelių ūkį, bet ir ląstelinės struktūros atnaujinimą. Šio proceso ir jo genetinio pagrindo biochemijos iššifravimas leidžia stebėti ir kontroliuoti visą procesą ir jo atskirus etapus. Tai suteikia mokslininkams akivaizdžių pagrindinių ir taikomųjų perspektyvų.

Mokslas skubina tokį neįtikėtiną tempą, kad ne specialistai neturi laiko suvokti atradimo svarbą, o Nobelio premija už ją jau yra apdovanota. 1980-aisiais biologijos vadovėliuose skyriuje apie ląstelių struktūrą buvo galima sužinoti apie organelius apie lizosomas – membranų pūsleles, užpildytas fermentais viduje. Šie fermentai yra skirti suskaidyti įvairias dideles biologines molekulesMaži blokeliai (reikia pažymėti, kad mūsų biologijos mokytojas dar nežinojo, kodėl reikia lizosomų). Jas atrado Christian de Duve, už kurį 1974 m. Jis buvo apdovanotas Nobelio premija fiziologijos ir medicinos.

Christian de Duve ir jo kolegos išskyrė lizosomų ir peroksisomų iš kitų ląstelių organų, naudojant tuometį naują metodą – centrifugavimą, kuris leidžia atskirti daleles pagal masę. Lizosomos yra plačiai naudojamos medicinoje. Pavyzdžiui, tikslinis narkotikų pristatymas į pažeistas ląsteles ir audinius remiasi jų savybėmis: molekulinis vaistas dedamas į lizosomą viduje ir už jo ribų esant rūgštingumui, o paskui lizosomas, tiekiamas su specifinėmis etiketėmis, siunčiamas į paveiktus audinius.

Autofagosomų kaupimasis vakuumoje mielių ląstelėje. Šiame eksperimente buvo naudojama mielių mutacijų linija, kurioje nebuvo išreikštos proteinazės. Ląstelės buvo fotografuojamos (skirtingos fotografijos technologijos dviem stulpeliais) tris valandas (viršutinė eilutė – pačioje patirties pradžioje antroji eilutė – per 15 minučių trečia eilutė – po dar 45 minučių sekančios eilutės – su valandos intervalu). Nuotrauka iš straipsnio K. Takeshige ir kt., 1992.Tai autofagija

Lizosomos yra neskaitytos dėl savo veiklos pobūdžio – jos suskaido bet kurias molekules ir molekulinius kompleksus į jų sudedamąsias dalis. Siauresni "specialistai" yra proteasomos, kurios yra skirtos tik baltymų skilimui (žr.: "Proteinai" patenka į proteasomą per jau išsiskleidusį "pradžią", "Elements", 2010-05-11). Jų vaidmenį koriniame ekonomikoje sunku pervertinti: jie stebi fermentus, kurie tarnavo savo laiko ir sunaikino juos, kai to reikia. Šis terminas, kaip žinome, yra apibrėžiamas labai tiksliai – tiksliai taip pat daug laiko, kai ląstelė atlieka tam tikrą užduotį. Jei fermentai nebūtų sunaikinti jo įdiegimo metu, bėgių sintezė būtų sunkiai sustabdyta laiku.

Proteazos yra be jokių išimčių visose ląstelėse, netgi tose, kuriose nėra lizosomų. Proteazomos vaidmuo ir jų darbo biocheminis mechanizmas buvo ištirti Aarono Chekhanover, Avram Hershko ir Irwin Rose 70-ųjų ir 80-ųjų pradžioje. Jie atrado, kad proteasomos atpažįsta ir sunaikina tuos baltymus, kurie yra paženklinti ubikvitino baltymu. Reakcija, susijusi su ubikvitinu, susijusi su ATP kaina. 2004 m. Šie trys mokslininkai gavo Nobelio premiją chemijoje už tyrimą dėl ubikvitinui priklausančio baltymų skilimo.2010 m., Žvelgdamas į gabių anglų vaikų mokyklos mokymo programą, aš pamačiau ląstelių struktūros paveiksle daugybę juodų taškų, kurie buvo paženklinti proteasomomis. Tačiau šios mokyklos mokytojas negalėjo paaiškinti mokiniams, kas tai yra ir kodėl šios paslaptingos proteasomos reikalingos. Su lizosomomis toje fotografijoje nekilo jokių klausimų.

Netgi lizosomų tyrimo pradžioje buvo pastebėta, kad viduje kai kurių iš jų yra uždaros koreliacinių organelių dalys. Tai reiškia, kad ne tik didelės molekulės, bet ir pačios ląstelės dalys yra suskaidomos į lizosomas. Savo ląstelių struktūrų virškinimo procesas vadinamas autofagiu – tai yra "valgydamas save". Kaip ląstelių organelų dalys patenka į lizosomą, kuriame yra hidrolazių? Jau 1980-aisiais Yoshinori Osumi pradėjo tyrinėti šį klausimą. Jis studijavo lizomų ir autophagosomes struktūrą ir funkcijas žinduolių ląstelėse. Jis ir jo kolegos parodė, kad ląstelėse masė yra autofagozomų, jei jie yra auginami mažai mitybinėje terpėje. Atsižvelgiant į tai buvo hipotezė, kad autofagosomos susidaro, kai reikia atsarginio energijos šaltinio – baltymų ir riebalų, kurie sudaro papildomus organelius.Kaip šie autophagic veikla, nesvarbu, ar jie yra papildomo energijos šaltinio reikia, arba kitais tikslais į ląstelę, nes jie yra virškinimui Lizosomos? Visi šie klausimai 90-ųjų pradžioje neturėjo atsakymų.

Savarankiškų tyrimų metu Osumi sutelkė pastangas į autophagosome mielių tyrimus. Jis argumentavo, kad autofagija turi būti išsaugota ląstelių mechanizmo, todėl tai yra patogiau nagrinėti paprastus (santykinė) ir patogias laboratorinius įrenginius.

Mielėse autophagosomes yra vakuuminių vamzdžių viduje, o po to jos suskaido. Jų naudojimas tvarkomas įvairiais fermentais-proteinazėmis. Jei ląstelėje yra defektų, autofagosomos kaupiasi vakuumose ir neištirpsta. Osumi naudojo šį turtą, norėdamas gauti mielių kultūrą su padidėjusiu autofagų skaičiumi. Jis išaugino mielių kultūrą neturtingose ​​žiniasklaidos priemonėse – šiuo atveju autofagozomos pasirodo gausybėje, maisto produktai patenka į badaujančią ląstelę. Tačiau jo kultūrose buvo naudojamos mutantinės ląstelės su neveikiančiomis proteinazėmis. Taigi, ląstelės greitai sukaupė masę autophagosomes į vakuumose.

Autofagozomos (AV) vakuumoje (V). Mastelis ilgis 1 mikronas. Nuotrauka iš straipsnio K. Takeshige ir kt., 1992.

Kaip matyti iš jo pastabų, Autophagosomes yra apsuptas viengubų membranų, kurių viduje gali būti daug įvairių turinio: ribosomų, mitochondrijų, lipidų granulių ir glikogeno. Pridėdamas arba pašalindamas proteazės inhibitorius ne-mutantinių ląstelių kultūroms, galima padidinti arba sumažinti autofagosomų skaičių. Taigi šiais eksperimentais buvo įrodyta, kad šie ląstelių kūnai yra virškinami proteinazės fermentų pagalba.

"Osumi" labai greitai, tik per metus, taikydamas atsitiktinės mutacijos metodą, nustatė 13-15 genų (APG1-15) ir atitinkamus baltymų produktus, susijusius su autofagų formavimu (M. Tsukada, Y. Ohsumi, 1993). Autofagijos defektų išskyrimas ir apibūdinimas mutacijos Saccharomyces cerevisiae) Tarp ląstelių kolonijų, turinčių defektų baltymų aktyvumą, mikroskopu atrinko tuos, kurių autofagozomos nebuvo. Tada, atskiedžiant juos, sužinojau, kokie genai jie sugadino. Jis paėmė jo grupę dar penkerius metus, kad, kaip pirmą kartą aptikus, ištirtų šių genų darbo molekulinį mechanizmą.

Baltymų APG12 ir APG5 kompleksas, kurio tarpiniame etape susidaro kompleksas APG12-APG7. Visas procesas susijęs su ATP energijos kaina (šioje schemoje nurodyta ATP).Osumi ir jo kolegos sugebėjo išsiaiškinti, kaip ši kaskada organizuojama, kokia tvarka ir kaip šie baltymai bendrauja tarpusavyje. Šių baltymų konglomeratų darbo rezultatas padidina lipidų sluoksnį, kuris sudaro autofagozomo membraną. Schema iš straipsnio N. Mizushima ir kt., 1998. Baltymų konjugacijos sistema, būtina autofagijos atveju

Buvo galima išsiaiškinti, kaip tvarkoma ši kaskada, kokia tvarka ir kaip šie baltymai susieja vienas su kitu, kad rezultatas būtų autofagozomas. Iki 2000 m. Tapo aišku, kad membranos susidarymas aplink sugadintus organoletus, kuriuos reikia perdirbti. Viena lipidinė membrana pradeda plėsti aplink šiuos organelius, palaipsniui jas supančios, kol membranos galai yra arti vienas kito ir sujungti, sudarant dvigubą autofagozomų membraną. Šis buteliukas yra transportuojamas į lizozomą ir sulydomas su juo.

Defektinių organelių išskyrimo schema. Kai atvyksta išorinis signalas, šalia organelės susidaro membraninio sluoksnio embrionas, APG komplekso baltymai (geltoni ir raudoni apskritimai), kuris tam tikru būdu prisirišo prie kito, reguliuodamas membraną, ištemptą aplink organelę. Kaip rezultatas, membranos galai sujungti ir sujungti, suformuojant dvifazį autofagosomų membraną. Schemos iš Nobelio komiteto spaudos pranešimo

Membranos formavimo procese dalyvauja APG baltymai, kurių analogai Yoshinori Osumi ir jo kolegos taip pat buvo rasti žinduoliams.

Autofagosomų susidarymas žiurkių kepenų ląstelėse. LCF baltymo, analogiško APG8, lokalizacija buvo tiriama autophagosomes. Šis baltymas yra lokalizuotas išorėje (juodos strėlės) ir vidinis (baltos strėlėsa) membrana autophagosome, kaip ir baltymai APG. Nuotrauka iš straipsnio Y. Kabeya ir kt., 2000. LC3, žinduolių mielių Apg8p homologas lokalizuotas autofagozomų membranose po apdorojimo

Dėl Osumi darbo mes matėme visą autofagijos procesą dinamikoje. Osumi tyrimo pradžia buvo paprastas paslaptingų mažų kūnų buvimo ląstelėse faktas. Dabar mokslininkai turi galimybę, nors ir hipotetinę, valdyti visą autofagijos procesą.

Autofagija reikalinga normaliam ląstelės veikimui, nes ląstelė turi sugebėti ne tik atnaujinti savo biocheminę ir architektūrinę ekonomiką, bet ir pašalinti nereikalingą. Yra tūkstančiai susidėvėjusių ribosomų ir mitochondrijų, membraninių baltymų, panaudotų molekulinių kompleksų ląstelėje – jas visus reikia ekonomiškai apdoroti ir grąžinti į apyvartą. Tai tam tikra korinio perdirbimo rūšis. Šis procesas ne tik suteikia žinomą taupymą, bet ir neleidžia ląstelėms greitai senėti.Korelinės autofagijos sutrikimas žmonėms sukelia Parkinsono liga, II tipo diabetą, vėžį ir kai kuriuos vyresnio amžiaus žmonėms būdingus sutrikimus. Akivaizdu, kad korinio autofagijos proceso valdymas turi didelių perspektyvų tiek iš esmės, tiek iš esmės.

Šaltiniai:
1) Kazuhiko Takeshige, Misuzu Baba, Shigeru Tsuboi, Takeshi Noda ir Yoshinori Ohsumi. Autofagija riebaluose, parodyta proteinazės trūkumų Ląstelių biologijos žurnalas. 1992. V. 119 (2). P. 301-311. DOI: 10.1083 / jcb.119.2.301.
2) Miki Tsukada, Yoshinori Ohsumi. Autofagijos defektų mutantų išskyrimas ir apibūdinimas Saccharomyces cerevisiae // FEBS Letters. 1993. V. 333. P. 169-174. DOI: 10.1016 / 0014-5793 (93) 80398-E.
3) Noboru Mizushima, Takeshi Noda, Tamotsu Yoshimori, Yae Tanaka, Tomoko Ishii, Michael D. George, Daniel J. Klionsky, Mariko Ohsumi ir Yoshinori Ohsumi. Autofagijai būtinas baltymų konjugacijos sistema // Gamta. 1998. V. 395. P. 395-398. DOI: 10.1038 / 26506.
4) Yukiko Kabeya, Noboru Mizushima, Takashi Ueno, Akitsugu Yamamoto, Takayoshi Kirisako, Takeshi Noda, Eiki Kominami, Yoshinori Ohsumi ir Tamotsu Yoshimori. LC3, žinduolių mielių Apg8p homologas lokalizuotas autofagosomų membranose po apdorojimo // EMBO leidinys. 2000. V. 19 (21). 5720-5728 p. DOI: 10.1093 / emboy / 19.21.5720.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: