מדוע המחקר של פרופסור 『大隅良典』 על אוטופגיה קיבל את פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה?

כיצד אוטופגיה מסייעת בפיתוח הרפואה המודרנית? בואו לגלות על מה עוסק מחקר האוטופגיה של פרופסור 『大隅良典』.

ב-3 באוקטובר 2016, 『大隅良典』, פרופסור אמריטוס במכון הטכנולוגי של טוקיו ביפן, זכה בפרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה כהוקרה על תרומתו לחשיפת חלק ממנגנון האוטופגיה. פרופסור 『大隅良典』, שהפך לזוכה פרס נובל יפני ה-25 בהיסטוריה, ידוע כמי שהתמסר לחקר האוטופגיה במשך 50 שנה. הוא כבר קיבל פרסים יוקרתיים כהוקרה על הישגיו המחקריים בתחום זה. פרס האוסקר של יפן לשנת 2006. פרס קיוטו לשנת 2012. פרס Keio Medicine לשנת 2015. פרס וולי לשנת 2016. אז מה החשיבות והמשמעות של אוטופגיה בהתפתחות הרפואה המודרנית, ומדוע הקדישה לכך הקהילה המדעית כל כך הרבה תשומת לב?

קודם כל, כפי שניתן להסיק מהמונח אוטופגיה, אוטופגיה מתייחסת למנגנון הרס שמפרק באופן טבעי רכיבים תאיים מיותרים או לא מתפקדים במהלך תהליך הוויסות. במילים אחרות, אוטופגיה היא מערכת המאפשרת לתאים להרוס בעצמם רכיבי תאים מיותרים במהלך כל הפעילויות הנחוצות להישרדות התא, כך שניתן למחזר אותם מאוחר יותר כרכיבים אחרים או חומרי הזנה בתוך התא. כאשר אברונים תאיים, כמו מיטוכונדריה, המייצרים אנרגיה, או ליפוזומים, האוגרים ומעבירים חומרים, נפגעים והופכים לבלתי שמישים או לא יעילים, אברונים אחרים הנקראים אוטופגוזומים וליזוזומים מפרקים אותם. לתאים שלנו יש מבני ממברנה שונים עם פונקציות שונות. כל מבני הממברנה, כולל קרום התא המקיף את החלק החיצוני ביותר של התא, עשויים מאותו חומר ובאותו אופן, כך שחילופי החומרים ביניהם גמישים מאוד. אוטופגוזומים וליזוזומים הם גם אחד ממבני הממברנה בתוך התא. העיכול מתרחש כאשר האוטופגוזום בולע רכיבים מיושנים וחסרי תועלת ומתחבר עם ליזוזומים המכילים אנזימי פירוק. אתה יכול לחשוב על זה כדומה להובלת פסולת דרך משאית בשם 'אוטופגוזום' ושריפת הפסולת במשרפת פסולת בשם 'ליזוזום'.

בשנת 1988 פתח פרופסור 『大隅良典』 מכון מחקר משלו והחל להתמקד בפירוק חלבון ב-vacuole, התואם לליזוזום בתאי האדם. הוא ערך מחקר אוטופגיה תוך שימוש בתאי שמרים, שקל לחקור ולשימוש נפוץ כתחליף לתאים אנושיים. פטריות שמרים שימושיות במיוחד לזיהוי רצפים גנטיים השולטים בפעילויות סלולריות ספציפיות. עם זאת, פרופסור 『大隅良典』 התמודד עם האתגר שתאי השמרים היו כל כך קטנים עד שלא ניתן היה אפילו לדעת אם אוטופגיה התרחשה בתוך התאים. לגבי זה, פרופסור 『大隅良典』 שיער שאם תהליך הפירוק בתוך הליזוזום יופסק באופן מלאכותי, אוטופגוזומים יצטברו סביב הליזוזום, ואת האוטופגוזומים שנאספו יהיה קל לצפות במיקרוסקופ. כדי ליישם זאת בפועל, פרופסור 『大隅良典』 שינה את גני פירוק החלבון של חיידקי שמרים כדי למנוע פירוק חלבון בליזוזומים והפסיק לספק חומרים מזינים לחיידקי שמרים כדי לעורר אוטופגיה. כתוצאה מכך, פרופסור 『大隅良典』 הצליח לראות שליזוזומים מלאים בשלפוחיות קטנות המתאימות לאוטופגוזומים, והוכיח שאוטופגיה מתרחשת בתאי שמרים. באמצעות זה, פרופסור 『大隅良典』 חשף בהצלחה את רצף הגנים המעורב בתהליך האוטופגיה באמצעות חיידקי שמרים, והייתה לו השפעה משמעותית על מחקרים רבים שלאחר מכן על אוטופגיה.

אוטופאגיה מפרקת חומרים מיותרים בגופנו, ליתר דיוק בתאים, כדי להגביר את יעילות חילוף החומרים ולחדש חומרים מזינים שאינם מספיקים. מכיוון שרוב החומרים המיותרים בתאים מתייחסים לאברוני תאים מיושנים, הבנת האוטופגיה משחקת תפקיד חשוב במציאת פתרונות להזדקנות אנושית ולבעיות נלוות. בפרט, אוטופגיה מכילה את המפתח לטיפול במחלת פרקינסון. מחלת פרקינסון נגרמת כאשר עודף תחמוצת החנקן נקשר לחלבון פרקין, ומונע מהחלבון פרקין לתפקד כראוי. הסיבה לכך היא שהתגלה כי אוטופגיה אינה מתרחשת עבור חלבון פרקין שלא הצליח לתפקד כראוי. המחקר של פרופסור 『大隅良典』 אפשר להבין ולנתח אוטופגיה ברמה הגנטית. כתוצאה מכך, היא תרמה רבות לפיתוח הפיזיולוגיה והרפואה האנושית בכך שהיא קירבה את האנושות צעד אחד לפתרון מחלות שונות הקשורות לאוטופגיה כמו מחלת פרקינסון.