Ученые показали, каким образом взаимодействуют формы клеточного «самопоедания»

Сотрудники факультета фундаментальной медицины МГУ имени М. В. Ломоносова Алибек Абдрахманов и Владимир Гогвадзе провели исследование разнообразных форм аутофагии – процессов уничтожения клеткой собственных органелл и молекул. Также были рассмотрены механизмы их регуляции и взаимодействия друг с другом. Работа, проведенная при поддержке Российского научного фонда, опубликована в Trends in Biochemical Sciences. В рамках исследования ученые проанализировали более 120 современных литературных источников, содержащих информацию о процессах, лежащих в основе этого важного для организма феномена.

Клетки нашего организма обладают уникальной способностью в критических ситуациях, например, при нехватке питательных веществ или повреждениях, – они могут запускать механизмы утилизации собственных органелл и макромолекул. Это помогает поддержать энергетические запасы и обеспечить клетку «строительным материалом». В ходе такого процесса, названного аутофагией (в переводе с греческого языка «самопоедание»), поврежденные и/или излишние компоненты утилизируются внутри самой клетки в особых клеточных отделах, или компартментах.

Впервые аутофагия была охарактеризована бельгийским биохимиком, первооткрывателем лизосом (своего рода клеточных «желудков») Кристианом де Дювом, получившим Нобелевскую премию в 1974 году. Спустя много лет, в 2016 году, японскому исследователю Ёсинори Осуми была присуждена Нобелевская премия в области физиологии или медицины за исследования механизмов генетической регуляции аутофагии.

До последнего времени были известны три основных типа процесса. Первый – макроаутофагия – предполагает образование специализированных структур аутофагосом, в которых деградирует подлежащий уничтожению материал, как правило это целые органеллы. Другой тип, микроаутофагия, направлен на меньшие масштабы. В мембранные пузырьки с ферментами захватываются, а затем первариваются белки цитоплазмы, что позволяет клетке пережить голодание и нехватку энергии. Третий тип связан с особыми белками – шаперонами. Они выполняют роль контролеров качества сворачивания пептидов, и, если те получились дефектными, отправляют их на уничтожение все в те же пузырьки с ферментами.

Работы последних лет открыли существование селективных, или избирательных, форм аутофагии, связанных с утилизацией различных внутриклеточных образований, таких как митохондрии, рибосомы, ядро и прочее. Число таких специфически направленных процессов аутофагии множится. Например, митофагия – процесс утилизации нефункционирующих митохондрий, а также митохондрий, представляющих опасность для клетки в результате продуцирования большого количества кислородных радикалов. Этот тип представляет собой контроль качества митохондриальной популяции, что обеспечивает клетке нормальное энергоснабжение. Ксенофагия является селективной формой аутофагии, участвующей в подавлении патогенных инфекций. За удаление неправильно свернутых белков, связанных, например, с болезнью Альцгеймера, отвечает процесс аггрефагии. В случае недостаточности железа в организме активируется ферритинофагия, в процессе которой происходит разложение железосодержащего белка ферритина и освобождение свободного железа, необходимого для синтеза металлопротеинов, таких как участвующие в дыхании гемоглобин и цитохромы. Гликофагия играет решающую роль в поддержании уровня глюкозы во многих тканях, включая сердце, печень и скелетные мышцы.

Впрочем, не так много известно о роли этих видов аутофагии в физиологии каждой отдельной клетки и всего организма, механизмах регуляции и взаимосвязи между ними. Тщательный контроль активности этих процессов лежит в основе нормального функционирования организма, а нарушения приводят к разнообразным заболеваниям, включая нейродегенеративные, микробные инфекции и рак. В зависимости от метаболического статуса (уровня обмена веществ и функциональности) клетки, аутофагия и ее селективные формы могут быть как союзником, так и врагом. В частности, при опухолях она играет двойную роль, способствуя как гибели опухолевых клеток, так и их выживанию. Раковые клетки могут использовать аутофагию, чтобы преодолеть ограничение питательных веществ и недостаток кислорода, который часто сопровождает рост опухоли. Кроме того, стимуляция аутофагии может подавлять терапевтический потенциал противоопухолевых препаратов путем вмешательства в обменные пути различных режимов программированной гибели клеток.

«Процессы аутофагии, происходящие на самых разных уровнях клеточной организации, представляют собой очищение клетки от нежелаемых или даже несущих опасность структур и макромолекул. Совершенно очевидно, что возможность управлять конкретными формами аутофагии послужит выработке стратегий борьбы с различными заболеваниями», — рассказал руководитель исследования, заведующий лаборатории исследования механизмов апоптоза факультета фундаментальной медицины МГУ имени М. В. Ломоносова, профессор Борис Животовский.