Az autofágia kutatása

Oszumi Josinori japán tudós 2016-ban kapott orvosi-élettani Nobel-díjat a sejtkutatás területén elért eredményeiért. A 71 éves tudós a hatodik japán orvosi Nobel-díjas és a huszonharmadik japán Nobel-díjas. Kutatási területe az autofágia, vagyis a sejtekben zajló, önevésnek nevezett folyamat vizsgálata. Oszumi 1993-ban publikálta azokat az eredményeit, amelyek fordulópontot jelentettek az autofágia kutatásban.

Mi az az autofágia?

Az autofágia szó a görög autosz = önmaga, saját, és a phagó = eszik, fal szavak összetétele. (Ez utóbbit a biológiában a fagociták nevéből is ismerhetjük.)

Oszumi Josinori fedezte fel, hogy az élesztő a legalkalmasabb az autofágia vizsgálatára. Ebben az anyagban szinte élő közvetítésben nézhetjük végig a folyamatot. A képen az élesztőben lévő autofagoszómák elektronmikroszkópos képei is láthatóak.

Azt a folyamatot jelöli, amelynek során a sejtekben azok bizonyos elemei különféle okokból és célokkal felfalják, lebontják a fölöslegessé vált, elöregedett vagy csak hibásan feltekeredett fehérjéket. Ha ez nem történik meg vagy korlátozódik, akkor a sejtben felhalmozódnak a fölösleges vagy a hibás fehérjék, amit a sejt csak ideig-óráig képes tolerálni és egy idő után menthetetlenül elpusztul.

Ebből nyilvánvaló, hogy az autofágia hiánya vagy sérülése az élő szervezetekben súlyos betegségekhez vezethet, hiszen halott sejtek tömegét is okozhatja, megzavarva ezzel a sejtek általános anyagcseréjét.

Mit ismernek már a citoplazma egységeiből?

A lebomlási folyamat egyik fontos komponense egy sejten belüli szervrész, amelyet szakszóval organellumnak neveznek. Az organelumok a morfológialag szerkezet nélkülinek látszó citoplazmában vannak beágyazva. A citoplazma azonban, a látszat ellenére jól szervezett molekuláris szerkezettel rendelkezik, amit a benne lejátszódó biokémiai folyamatok időbeli és funkcionális rendezettsége bizonyít.

Ezeket a folyamatokat vizsgálták azok a kutatók is, akik a sejtek autofágiájára, öntisztulására voltak kíváncsiak. A folyamatokban kiemelt szerepet játszanak azok az organellumok, amelyek olyan enzimeket tartalmazhatnak, amelyek képesek megemészteni az egyéb sejtalkotókat. Azt az organellumot, amely kifejezetten emésztő funkciójú, lizoszómának nevezték el.

Felfedezése a belga Christian de Duve érdeme, aki 1974-ben szintén megkapta az orvosi Nobel-díjat. (Albert Claude-dal és George Emil Palade-dal megosztva, az élő sejt alkotórészeinek elkülönítésére és elemzésére szolgáló módszerek kifejlesztésért.)

Az autofágia vázlatos folyamata. (Forrás: nobel.se)

A hetvenes években a kutatók azt is látták, hogy a lizoszómák egy részében nagy mennyiségű sejtalkotók, gyakran teljes mitokondriumok vannak. (Léteznek sejtek – például a vörösvérsejtek –, amelyek nem rendelkeznek mitokondriummal és így merőben másféle folyamatok zajlanak bennük.)

A mitokondriumok jellegzetes kettős membránnal határolt szervecskék, amelyeknek saját (anyai eredetű) DNS-tartalmuk van. Az autofágiában közreműködő sejtrészeket sokáig csak hosszú preparálást és beágyazást igénylő, elektronmikroszkóppal vizsgálható, szupervékony metszeteken tudták egyértelműen beazonosítani.

A francia tudós által megkezdett kutatásokba egy magyar biológus, Kovács János professzor is bekapcsolódott. Ő 1959 és 1962 között az akkori Leningrádi Egyetemen kísérletezett olyan, élő festékekkel, amelyek úgy festettek meg sejtszervecskéket, hogy közben nem pusztították el magukat a sejteket. És mivel az egyik festéke éppen a de Duve felfedezte lizoszómákat festette meg, ő is folytatni tudta az autofágia kutatását.

Majd, miután hazatért Magyarországra, az ELTE Sejt- és Fejlődésbiológiai Tanszékén több kutatótársával együtt sikeres kutatócsoporttal alapozta meg a hazai kutatásokat. Ebben a csoportban hozták létre például az első, autofágiában gátolt többsejtű élőlényt, egy mutáns muslica törzset is. Ma már sokan dolgoznak ezekben a kutatásokban, így például az ELTE Genetikai Tanszékén, illetve az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában létrehozott Lendület Drosophila Autofágia Kutatócsoportban is.

Bár a kutatók pontosan még nem ismerik az autofágia lehetőségeit a rák legyőzésében, de mivel a rák lényege a sejthalál tökéletes kizárása, logikus, hogy a felemésztésen dolgozó autofágiát esélyesnek tekintsék. A képen kutatók azt demonstrálják, hogy a cannabis (marihuána) fő aktív összetevője, a delta-(9)-tetrahidrokannabinol (THC) miként serkentheti a sejthalált az autofágia élénkítésével az emberi agydaganat sejtjeiben.

Mi volt a perdöntő lépés?

Oszumi Josinori akkor tudott továbblépni az addigi kutatásokon, amikor felismerte, hogy elsősorban a génekre kell koncentrálnia, illetve hogy az autofágia folyamata az élesztősejtekben is létezik. Ez utóbbi azért volt fontos, mert az élesztősejtek az addig vizsgált anyagoknál jóval könnyebben kezelhetőek és a génjeik is viszonylag könnyen manipulálhatóak, vagyis jóval gyorsabban és könnyebben lehetett vizsgálódni. Ezután indirekt úton közelítette meg a célját: olyan mutáns élesztőtörzset hozott létre, amelyekben megsérült az autofágia folyamata, majd miután a sérülés nyomán meghatározta, hogy konkrétan milyen gének romlottak el, azonosította a folyamat legfontosabb résztvevőit.

Az élesztő bevonásának köszönhetően felgyorsult az autofágia kutatása, és könnyebben kapcsolódhatott össze a betegségek kutatásával is. Azóta a biológusok és az orvosok számára is egyre világosabb, hogy a sejten belül zajló autofágiának hatalmas jelentősége van mind a gerinces, mind a gerinctelen élőlények egyedfejlődésében. Ezek homeosztázisa végzetesen fel is borulhat, ha az autofágia folyamata valamilyen okból nem működik. A kutatása tehát az ember egészsége, sőt az élethossza miatt is fontos.

Számos daganatos betegségnek, a 2-es típusú cukorbetegségnek, idegsejt-pusztulással járó betegségeknek (köztük az Alzheimer- és a Parkinson-kórnak), de egyszerűen a szükségesnél gyorsabb öregedésnek is előidézője lehet, ha a sejtekben leállt vagy megsérült az öntisztítás, önemésztés folyamata. Mindez természetesen azt is jelenti, hogy a kutatásokhoz gyógyszerkísérletek is kapcsolódnak. És bár ma még ezek csak a kezdeti lépéseknél tartanak, biztosak lehetünk benne, hogy előbb-utóbb meglesznek azok az anyagok, amelyekkel sokféle, és főképp arányos módon tudják majd befolyásolni – szükség szerint serkenteni vagy gátolni – az autofágiát. Hiszen ez egy meglehetősen érzékeny és több összetevőből álló folyamat, amelyet a felépülés és a lebomlás dinamikus egyensúlya tart meg, az optimális állapotában.Nem mindegy tehát, hogy hogyan és mivel avatkoznak bele a sejtek „takarítói” tevékenységébe.

Mindenesetre addig, amíg ennél többet tudhatunk meg erről a területről, a kutatók egy dolgot mindig el szoktak mondani: az autofágiát az életmódunkkal tudjuk a legjobban szabályozni. Egészséges étkezéssel és rendszeres testmozgással bizonyítottan a normális szinten tudjuk tartani a sejtjeink autofágiáját.

Lévai Júlia