Клетки регулярно "самопоедают" себя, чтобы избавиться от мусора, что способствует выживанию и предотвращению болезней

Клетки используют тысячи различных белков как инструменты для формирования своей внутренней среды, где находятся специализированные органеллы, такие как митохондрии (производят энергию) и эндоплазматический ретикулум (собирает белки).

Для утилизации токсичных побочных продуктов клеточной активности существует процесс аутофагии — форма "самопоедания", при которой клетка устраняет и перерабатывает аномальные или избыточные компоненты, включая белки и органеллы. За исследования аутофагии в 2016 году Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию. Нарушения в этом процессе связаны с нейродегенеративными и сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также с раком.

Аутофагия и болезни человека

Связь между аутофагией и болезнями сложна и не до конца понятна.

• Рак: Аутофагия играет парадоксальную роль. С одной стороны, она может подавлять опухоли, устраняя вредный материал. С другой — активация аутофагии в уже сформировавшейся опухоли может способствовать её выживанию и устойчивости к лечению. Исследуются противораковые эффекты противомалярийных препаратов хлорохина и гидроксихлорохина, блокирующих финальные этапы аутофагии.
• Нейродегенеративные заболевания: Накопление аномальных белков в клетках мозга при болезнях Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и БАС может быть частично связано со снижением их деградации через аутофагию.
• Сердечно-сосудистые заболевания: Аутофагия в сердце снижается с возрастом. Накопление "клеточного мусора" в кардиомиоцитах ухудшает их способность сокращаться и может привести к сердечной недостаточности.

Разрушение митохондрий с помощью митофагии

Особенно важна селективная аутофагия митохондрий — митофагия, которая устраняет только повреждённые органеллы, сохраняя здоровые. Дисфункциональная митофагия связана с раком, нейродегенерацией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Процесс начинается с формирования мембраны вокруг повреждённого материала, которая расширяется в везикулу — аутофагосому. Затем она сливается с лизосомой, содержащей кислоту, для деградации груза.

Белок Beclin1 известен своей ролью в образовании аутофагосом. Исследователи изучили его и его близкого родственника Beclin2, чтобы определить их роль в митофагии, используя клеточные модели мыши и человека.

Ключевое открытие: Активация уникального региона в Beclin1 позволяет ему способствовать образованию аутофагосом рядом с дисфункциональными митохондриями, облегчая их деградацию. Похожий регион отсутствует в Beclin2, что указывает на его незаменимость для митофагии.

Также было обнаружено, что Beclin1 находится в точках контакта между митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом во время митофагии. Это подтверждает, что физическое взаимодействие этих органелл облегчает передачу молекул, необходимых для создания аутофагосом. Только Beclin1 способствует поглощению повреждённых митохондрий в этих местах, в то время как Beclin2, вероятно, играет другую роль в аутофагии.

Аутофагия как мишень для терапии

Аутофагия представляет собой потенциальную мишень для лечения многих заболеваний. Однако терапевтические стратегии сложны, так как это многоступенчатый процесс с участием множества белков. Разные болезни могут требовать воздействия на разные этапы (формирование аутофагосом или их слияние с лизосомами), а также либо активации, либо подавления процесса. Необходима дальнейшая работа по идентификации всех специфических белков, регулирующих каждый этап аутофагии.