Yoshinori Ohsumi

W 2016 r, Zgromadzenie Noblowskie przy Karolinska Institutet przyznało Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny Yoshinori Ohsumi za odkrycia mechanizmów dla autofagii.

Ale czym właściwie jest autofagia? Słowo to wywodzi się z greckiego auto (ja) i phagein (jeść). Słowo to oznacza więc dosłownie zjadanie samego siebie. Zasadniczo jest to mechanizm organizmu polegający na pozbywaniu się całej rozbitej, starej maszynerii komórkowej (organelli, białek i błon komórkowych), gdy nie ma już wystarczającej ilości energii do jej podtrzymania. Jest to regulowany, uporządkowany proces degradacji i recyklingu składników komórkowych.

Istnieje podobny, lepiej znany proces zwany apoptozą znany również jako zaprogramowana śmierć komórki. Komórki, po pewnej liczbie podziałów, są zaprogramowane do śmierci. Choć na początku może to brzmieć nieco makabrycznie, uświadom sobie, że proces ten jest niezbędny dla zachowania dobrego zdrowia. Na przykład, załóżmy, że posiadasz samochód. Kochasz ten samochód. Masz z nim wspaniałe wspomnienia. Uwielbiasz nim jeździć.

Ale po kilku latach zaczyna wyglądać na zniszczony. Po kilku kolejnych, nie wygląda już tak dobrze. Samochód kosztuje cię tysiące dolarów rocznie na utrzymanie. Cały czas się psuje. Czy lepiej jest trzymać go w pobliżu, gdy jest niczym innym jak złomem? Oczywiście, że nie. Więc pozbywasz się go i kupujesz nowy samochód.

To samo dzieje się w organizmie. Komórki stają się stare i zużyte. Lepiej, żeby były zaprogramowane na śmierć, gdy ich użyteczny żywot dobiegnie końca. Brzmi to naprawdę okrutnie, ale takie jest życie. Na tym polega proces apoptozy, w którym komórki są z góry skazane na śmierć po pewnym czasie. To jak leasing samochodu. Po pewnym czasie pozbywasz się samochodu, bez względu na to, czy jest sprawny, czy nie. Potem dostajesz nowy samochód. Nie musisz się martwić, że zepsuje się w najgorszym możliwym momencie.

Autofagia – zastępowanie starych części komórki

Ten sam proces zachodzi również na poziomie subkomórkowym. Niekoniecznie trzeba wymieniać cały samochód. Czasem wystarczy wymienić baterię, wyrzucić starą i kupić nową. Tak samo dzieje się w komórkach. Zamiast zabijać całą komórkę (apoptoza), chcesz wymienić tylko niektóre jej części. Na tym polega proces autofagii, w którym organelle subkomórkowe są niszczone, a na ich miejsce odbudowywane są nowe. Stare błony komórkowe, organelle i inne resztki komórkowe mogą być usunięte. Odbywa się to poprzez wysłanie ich do lizosomu, który jest wyspecjalizowaną organellą zawierającą enzymy do degradacji białek.

Autofagia została po raz pierwszy opisana w 1962 roku, kiedy badacze zauważyli wzrost liczby lizosomów (część komórki, która niszczy rzeczy) w komórkach wątroby szczura po podaniu glukagonu. Nagrodzony Noblem naukowiec Christian de Duve ukuł termin autofagia. Uszkodzone części subkomórkowe i niewykorzystane białka zostają oznaczone do zniszczenia, a następnie wysłane do lizosomów, aby zakończyć pracę.

Jednym z kluczowych regulatorów autofagii jest kinaza zwana mammalian target of rapamycin (mTOR). Kiedy mTOR jest aktywowany, hamuje autofagię, a kiedy jest uśpiony, promuje ją.

Co aktywuje autofagię?

Niedobór składników odżywczych jest kluczowym aktywatorem autofagii. Pamiętaj, że glukagon jest hormonem przeciwnym do insuliny. To tak jak w grze, w którą graliśmy jako dzieci – „dzień przeciwny”. Jeśli insulina idzie w górę, glukagon idzie w dół. Jeśli insulina idzie w dół, glukagon idzie w górę. Kiedy jemy, insulina idzie w górę, a glukagon w dół. Kiedy nie jemy (post), insulina spada, a glukagon rośnie. Ten wzrost glukagonu stymuluje proces autofagii. W rzeczywistości, poszczenie (podnosi glukagon) zapewnia największy znany impuls do autofagii.

Post jest rzeczywiście o wiele bardziej korzystny niż tylko stymulowanie autofagii. Robi dwie dobre rzeczy. Pobudzając autofagię, usuwamy wszystkie nasze stare, zaśmiecone białka i części komórek. Jednocześnie, post stymuluje hormon wzrostu, który mówi naszemu ciału, żeby zaczęło produkować nowe części ciała. W ten sposób nasze ciało przechodzi kompletny remont. Pomyśl o remoncie swojej kuchni. Jeśli masz stare szafki w stylu lat 70-tych w kolorze limonkowej zieleni, siedząc wokół, trzeba je wyrzucić przed wprowadzeniem nowych. Tak więc proces niszczenia (usuwania) jest tak samo ważny jak proces tworzenia. Gdybyś po prostu próbował wstawić nowe szafki bez wyjmowania starych, to nie wyglądałoby to tak ciepło. Tak więc post może w pewien sposób odwrócić proces starzenia się, poprzez pozbycie się starych śmieci komórkowych i zastąpienie ich nowymi częściami.

Wysoko kontrolowany proces

Autofagia jest wysoce regulowanym procesem. Gdyby wymknęła się spod kontroli, byłoby to szkodliwe, dlatego musi być dokładnie kontrolowana. W komórkach ssaków, całkowite wyczerpanie aminokwasów jest silnym sygnałem dla autofagii, ale rola poszczególnych aminokwasów jest bardziej zmienna. Jednak poziom aminokwasów w osoczu krwi zmienia się tylko w niewielkim stopniu. Uważa się, że sygnały aminokwasów i sygnały czynników wzrostu / insuliny zbiegają się na szlaku mTOR – czasami nazywanym głównym regulatorem sygnalizacji składników odżywczych.

Więc podczas autofagii stare składniki komórki są rozkładane na aminokwasy składowe (budulec białek). Co się dzieje z tymi aminokwasami? We wczesnych stadiach głodu poziom aminokwasów zaczyna wzrastać. Uważa się, że te aminokwasy pochodzące z autofagii są dostarczane do wątroby w celu glukoneogenezy. Mogą one być również rozkładane do glukozy poprzez cykl kwasu trójkarboksylowego (TCA). Trzeci potencjalny los aminokwasów jest włączenie do nowych białek.

Konsekwencje gromadzenia starych białek śmieciowych w całym miejscu można zobaczyć w dwóch głównych warunkach – choroba Alzheimera (AD) i raka. Choroba Alzheimera wiąże się z nagromadzeniem nieprawidłowych białek – albo amyloidu beta, albo białka Tau, które zapycha system mózgowy. Chociaż nie mamy jeszcze na to dowodów w postaci badań klinicznych, sensowne byłoby, aby proces taki jak autofagia, który ma zdolność usuwania starych białek, mógł zapobiegać rozwojowi choroby Alzheimera.

Co wyłącza autofagię? Jedzenie. Glukoza, insulina (lub zmniejszona ilość glukagonu) i białka wyłączają ten proces samooczyszczania. I nie potrzeba do tego wiele. Nawet niewielka ilość aminokwasu (leucyny) może zatrzymać autofagię na zimno. Więc ten proces autofagii jest unikalny dla postu – coś, czego nie ma w prostych ograniczeniach kalorycznych lub dietach.

Jest tu równowaga, oczywiście. Zachorujesz od zbyt dużej ilości autofagii, jak i zbyt małej. Co prowadzi nas z powrotem do naturalnego cyklu życia – uczta i post. Nie ciągłe diety. To pozwala na wzrost komórek podczas jedzenia i oczyszczanie komórek podczas postu – równowaga. Życie polega na równowadze.

–
Jason Fung

.