Este foarte probabil ca anul acesta să
rămână în istoria Nobelurilor pentru știință ca un an „de recuperare“. De multe
ori, în istoria de până acum, membrii comitetului Nobel s-au grăbit să acorde
cele mai importante distincții unor descoperiri „în vogă“, despre care s-a
vorbit mult, la vremea lor, și de cele mai multe ori pe bună dreptate. Au fost
și ani însă în care alegerile au părut măcar un pic bizare, fiind acordate la
mare distanță de momentul în care s-a produs descoperirea premiată. Poate cel
mai bun exemplu al bizareriei Nobel este Premiul pentru fizică din 1986,
câștigat de Ernst Ruska pentru microscopul electronic pe care îl construise în
1933. Și asta în condițiile în care George Emil Palade, de pildă, primise deja
în 1974 Nobelul pentru medicină pentru descoperiri la care utilizase
microscopul electronic mult perfecționat față de modelul inventat de Ruska.
Premiul Nobel pentru fiziologie sau
medicină de anul acesta, acordat japonezului Yoshinori Ohsumi (foto)
pentru descoperirea mecanismelor autofagiei, pare să intre în categoria celor
care au avut de așteptat decenii bune înainte de a fi recunoscute (și) de
comitetul Nobel. Dincolo de acest mic detaliu și de faptul că premiul a fost
acordat strict pentru descoperirea unui mecanism fiziologic pur, și nu pentru
aplicațiile sale practice de care să fi beneficiat deja omenirea, premiul este
unul binemeritat. Autofagia este un proces fundamental de biologie celulară,
prin care componente celulare sunt capturate la nivelul unor organite numite
autofagozomi și duse apoi la lizozomi, pentru a fi fragmentate și reciclate.
Mecanismul se activează frecvent în perioade de privațiune, permițând celulei
să supraviețuiască perioade îndelungate. Mecanismul este descris pe larg
într-un comunicat emis de adunarea Nobel din Institutul Karolinska, din care
vom cita în cele ce urmează.
Autofagozomii
La mijlocul anilor ʼ50, au fost descoperiți
lizozomii, organite intracelulare ce conțin enzime necesare digestiei
proteinelor, carbohidraților și lipidelor. De altfel, pentru această
descoperire, belgianul Christian de Duve a împărțit premiul Nobel din 1974 cu
Albert Claude și George Emil Palade, la rândul lor descoperitori ai altor
organite intracelulare. În anii ʼ60, s-au adăugat noi date despre lizozomi, la
nivelul cărora au fost găsite cantități importante de material celular, uneori
chiar organite întregi, ceea ce indica existența unui sistem de transport
intracelular către lizozomi (fig. 1). Tot de Duve a fost cel care a
utilizat termenul de „autofagie“ pentru a descrie acest nou proces. Noile
vezicule au fost astfel denumite autofagozomi.
Fig. 1 – Pe măsură ce se formează, autofagozomii includ material intracelular precum proteine cu structura alterată sau organite celulare. În final, fuzionează cu lizozomii, unde materialul este degradat în componente mai mici, care pot fi utilizate ca nutrienți sau ca piese componente pentru noi organite
Următoarele două decenii nu au adus foarte
multe informații noi despre autofagozomi, cercetările concentrându-se pe alte
sisteme de degradare intracelulară, mai exact pe proteazom. De altfel, pentru
aceste rezultate, în 2004, s-a acordat premiul Nobel pentru chimie pentru
„descoperirea degradării proteice mediate de ubicuitină“.
Un șir lung de nereușite
Yoshinori Ohsumi a urmat cursuri de chimie
la Universitatea din Tokyo, după care a realizat că este mult mai atras de
domeniul biologiei celulare, în plină expansiune pe atunci. Așa a ajuns în
laboratorul din Tokyo al lui Kazutomo Imahori, unde a început să studieze
sinteza proteică pe tulpini de Escherichia coli. Fără a obține rezultate
notabile și nereușind să-și asigure un post în cercetare, la sfatul lui
Imahori, Ohsumi a aplicat pentru un post de postdoc la Universitatea
Rockefeller din New York, în grupul condus de Gerald Edelman (Nobel pentru
medicină în 1972). După aproape un an și jumătate irosit pe studii de
fertilizare in vitro la șoareci, japonezul a profitat de sosirea lui
Michal Jazwinski în grupul lui Edelman și a început să lucreze cu acesta la
studii de duplicare ADN la Saccharomyces cerevisiae, banala drojdie. În
cele din urmă, a primit o ofertă de a se întoarce în Japonia, în laboratorul
condus de Yasuhiro Anraku la Universitatea din Tokyo.
Avea deja 43 de ani în 1988, când a putut,
în sfârșit, să își înființeze propriul laborator. Și-a concentrat atunci
atenția asupra vacuolei de la S. cerevisiae, organit ce corespunde
lizozomului din celulele umane. Cum povestește chiar Ohsumi într-un interviu
publicat în Journal of Cell Biology în urmă cu patru ani, pe vremea
aceea, vacuola era considerată coșul de gunoi al celulei, iar fiziologia ei nu
interesa aproape pe nimeni. Lipsa competiției l-a încurajat pe japonez să
cerceteze transportul intracelular al vacuolei, pe care deja învățase, în
stagiul american, cum să o izoleze pe preparatele de laborator. Așa a ajuns să
descopere o serie de sisteme active de transport la nivelul membranei
vacuolare.
Elucidarea mecanismului
Mai departe, japonezul și-a propus să
întrerupă procesul de degradare de la nivelul vacuolei, în ipoteza că
autofagozomii se vor acumula astfel și vor deveni vizibili la microscop.
Inducerea unor mutații care să blocheze enzimele vacuolare, cuplată cu privarea
de nutrienți a celulei a dus la acumularea rapidă (ore) a unor mici vezicule
nedegradate la nivel vacuolar (fig. 2). În felul acesta, Ohsumi a
demonstrat că există autofagie în celulele de S. cerevisiae.
Rezultatele, incluzând identificarea a 15 gene implicate în acest proces, au
fost publicate în 1992, în Journal of Cell Biology.
Profitând de faptul că tot în acea perioadă
a fost publicată și secvențierea genică la S. cerevisiae, grupul condus
de Ohsumi a putut continua experimentele prin clonarea mai multor gene. Astfel,
a fost demonstrat modul în care inactivarea unor gene importante pentru autofagie
bloca acumularea vacuolară de autofagozomi. În studiile ulterioare, au fost
caracterizate proteinele codificate de genele implicate în autofagie.
Rezultatele au demonstrat că procesul este controlat de o cascadă de proteine
și de complexe proteice, fiecare controlând câte un stadiu distinct din
inițierea și formarea autofagozomului (fig. 3).
Fig. 3 – Grupul lui Ohsumi a studiat funcțiile proteinelor codificate de genele autofagiei. Au fost astfel identificate semnalele care inițiază procesul și mecanismele prin care proteinele și complexele proteice promovează stadiile distincte ale formării autofagozomului
Ce știm despre autofagie
Grupul japonez a reușit să elucideze
mecanismul autofagiei la S. cerevisiae, dar aveau să treacă mai mulți
ani până când descoperirile inițiale să fie confirmate și în celulele umane. În
prezent, se cunoaște modul în care autofagia controlează funcții fiziologice
celulare importante, care vizează degradarea și reciclarea unor organite
celulare. Totodată, autofagia este unul din mecanismele cu acțiune rapidă, care
furnizează substrat energetic și material pentru refacerea unor componente
celulare, mecanism esențial pentru supraviețuirea celulei sub acțiunea
stresului sau în absența nutrienților.
Autofagia intervine și în eliminarea bacteriilor
și virusurilor intracelulare, în infecții. În teorie, același mecanism ar
trebui să fie implicat și în combaterea consecințelor îmbătrânirii celulare. În
plus, sunt foarte multe speculațiile despre rolurile pe care le-ar putea juca
alterarea autofagiei în diverse patologii, dar acestea trebuie întâi să fie
demonstrate.
Anul premiilor bizare
Nu doar întârzierea cu care a fost acordat
acest premiu face ca Nobelurile pentru știință de anul acesta să fie cumva
bizare. Nu se întâmplă foarte frecvent ca premiul Nobel pentru fiziologie sau
medicină să fie acordat unui singur cercetător, mai ales că nicio descoperire
nu se mai face de unul singur, ci în cadrul unor grupuri mai largi de cercetare
sau chiar prin intermediul unor consorții multinaționale. Înainte de 2016, au
mai fost câștigători unici în 2010 și 1999, pentru a aminti doar situațiile
cele mai recente.
Premiul Nobel pentru fizică a fost acordat
pentru ceea ce a fost descris ca „secretele materiei exotice“ și e puțin
probabil să mai întâlnim vreodată termenul „exotic“ în descrierea unui premiu
Nobel. Anunțul Academiei suedeze de știință nu a fost mai puțin exotic decât
comunicatul de presă, întrucât explicațiile științifice au fost date cu
ajutorul unor produse de patiserie – un pateu, un covrig bavarez și un covrig
în formă de opt.
În fine, suita ciudată de anul acesta a
fost încheiată miercuri, când premiul Nobel pentru chimie nu s-a acordat pentru
sistemul de editare genomică CRISPR/Cas9, cum se aștepta (aproape) toată lumea,
ci pentru o serie de descoperiri ce datează deja de două-trei decenii și care
încă nu și-au găsit aplicațiile practice. Pentru comparație, sistemul de
editare genomică a fost deja utilizat cu succes în mai multe aplicații
comerciale, pe lângă numărul greu de precizat (mii?) de studii de cercetare în
care a fost aplicat.
Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, publicația profesională, socială și culturală a profesioniștilor în Sănătate din România!
Cookie-urile ne ajută să vă îmbunătățim experiența pe site-ul nostru. Prin continuarea navigării pe site-ul www.viata-medicala.ro, veți accepta implicit folosirea de cookie-uri pe parcursul vizitei dumneavoastră.
