Аутофагия — фундаментальный механизм, балансирующий на грани. Нобелевская премия по физиологии или медицине

Токсины и шлаки, скапливаясь в организме человека, приводят к его интоксикации - общему отравлению с очень неприятными симптомами. Первичными признаками интоксикации являются симптомы, на которые большинство из нас просто не обращают внимания, пока они не приводят к серьезным заболеваниям. Современный фармацевтический рынок предлагает множество лекарственных препаратов и БАДов для вывода шлаков и токсинов из организма, не гарантирующих полного очищения. Однако, такая методика, способ все же существуют - аутофагия, или, говоря простым языком, самоканнибаллизм организма, его самопоедание токсичных веществ, наносящих ущерб внутренним органам, кровеносной и нервной системам.

Суть понятия «аутофагия»

Понятие аутофагия впервые было упомянуто еще в середине прошлого века. Именно тогда научными специалистами в области цитологии (биологи, изучающие строение клетки и принципы ее развития, функционирования) была замечена способность клеток поедать себя, избавляться от вредоносных или поврежденных элементов в своей структуре. Но само понятие аутофагия и принцип очищения организма по этой методике были описаны японским профессором Йосинори Осуми. Он занимался изучением самоканнибализма клеток живых организмов с конца 80-х годов прошлого века, и к 2016 году предоставил обширный научный труд, за который был удостоен Нобелевской премии.

Суть аутофагии заключается в том, что в стрессовой ситуации клетки организма самостоятельно адаптируются к более тяжелым условиям и начинают решать проблему - избавляться от источника стресса, удалять вредные вещества и восстанавливать поврежденные участки своей структуры. Йосинори Осуми описал в своей научной работе три вида аутофагии:

микроаутофагию,
макроаутофагию,
шапероновую аутофагию.

Микроаутофагия - это переваривание излишков белков клеткой и превращение их в качественную энергию или строительный материал для организма. В процессе макроаутофагии клетка избавляется от отслуживших свой срок, бесполезных для организма элементов простейшим путем - их поеданием. При шапероновой аутофагии вредные и ненужные вещества сначала транспортируются в те зоны клетки, где они будут наиболее полезны после переработки.

Принцип запуска процесса аутофагии

Если говорить научным языком, то аутофагия - это процесс очищения, значительно продлевающий жизнь, характерный, как правило, только для млекопитающих. Для запуска процесса организму нужен стресс. У животных процесс контролируется на уровне инстинкта, а вот человек вынужден прилагать усилия, чтобы запустить или остановить процесс аутофагии в нужный момент.

Есть четыре способа запуска процесса аутофагии для человека:

голодание - достаточно не есть один раз в неделю, в течение суток, и тогда организм, не получивший извне строительный материал, начнет вырабатывать его из собственных ресурсов, попутно избавляясь от скопившихся в структуре клеток шлаков и токсинов,
прием лекарственных средств, угнетающих активность киназы TOR (мультимолекулярных внутриклеточных комплексов, регулирующих рост и развитие клеток), и стимулирующих самоканнибализм клеток, к примеру - метформин или рапамицин,
два-три дня сыроедения овощей, на фоне приема только воды, без соков, чаев, кофе и других напитков,
длительное низкокалорийное питание, с ежедневным вычетом более 30% необходимых для нормального функционирования организма калорий.

Стимулируют процесс аутофагии некоторые продукты питания, к примеру - кисломолочные продукты, сырые овощи, фрукты, капуста и шпинат, растительные жиры, рыба и крупы (овсянка и темный рис). Правильное питания должно сопровождаться физическими нагрузками, но лишь в той норме, которая не нанесет вреда организму.

Питание при аутофагии

Научно доказано, что именно голодание является лучшим стимулятором для запуска процесса очищения по принципу аутофагии. Но очень важно в этом отношении не переусердствовать и не причинить своему организму вред вместо ожидаемой пользы, очищения от токсинов и шлаков. Постоянный режим недоедания приведет к тому, что организм будет постоянно поедать сам себя, избавляясь уже не только от ненужных частиц, но и от строительного материала для клеток, что приведет к их гибели и серьезным проблемам со здоровьем. Медицинские специалисты рекомендуют следующий принцип питания для запуска аутофагии и ее правильного функционирования:

прерывистое голодание,
пролонгированное голодание,
сыроедение.

Прерывистое голодание осуществляется по принципу 1 к 2 - один день проходит вообще без пищи, а последующие два в обычном режиме, но с уменьшенным количеством белка. И уже на этапе запуска процесса аутофагии большинство отмечают улучшение состояния организма - нормализуется артериальное давление и сердечная деятельность, повышается тонус и настроение.

Пролонгированное голодание так же имеет циклический характер, но с более продолжительными периодами воздержания от приема пищи и обычного питания - от двух дней и более. В период отказа от пищи происходит резкое снижение массы печени, снижается содержание лейкоцитов в крови. А когда наступает период нормального, привычного для организма питания, возникает стрессовая ситуация, запускающая в организме процессы самопоедания.

Физические упражнения для запуска аутофагии

Прежде чем использовать физическую нагрузку для запуска в организме процесса самопоедания, нужно понять, какое воздействие оказывают на мышцы упражнения. Во время занятий в структуре мышц появляются микротравмы - трещинки и разрывы волокон. Очень важно правильно подобрать комплекс и регулировать процесс, так как цель занятий заключается не в наращивании мышечной массы, а в очищении ее структуры.

Медицинские специалисты и биологи сформировали комплекс упражнений для активации и поддержки аутофагии на основе бега. Начинать с продолжительных пробежек они не рекомендуют, и их курс выглядит следующим образом:

ежедневные аэробные нагрузки в виде прогулок по 10-15 тысяч шагов,
изменение маршрута и рельефа местности, где проходят прогулки - спуск и подъем, новые направления - лес, берег водоема,
активация темпа - включение в прогулки пробежек по 30 минут, дважды в неделю,
следующий этап - пробежки по 60-120минут, с ускорением,
участие в коротких марафонских забегах, но не ранее, чем через 3 месяца после начала занятий.

Во время регулярного бега на фоне смены режимов питания происходит не только запуск процесса аутофагии, но и выводится лишняя жидкость из организма, причем вместе со скопившимися в нем шлаками и токсинами. То есть, процесс очищения происходит еще интенсивнее, а результаты сохраняются на более длительный срок.

Мнение медицинских специалистов об аутофагии

Готов ли организм к аутофагии, принесет она ему пользу или навредит - эти вопросы нужно решать только вместе с медицинским специалистом, который наблюдает вас длительное время, после анализа биоматериалов конкретного пациента. Медики рекомендуют предварительно сделать хотя бы биохимический анализ крови из вены, что бы исключить наличие противопоказаний к проведению аутофагии. Не рекомендуется такая методика очищения тем, у кого

есть проблемы с ЖКТ - язвы, гастрит,
снижена способность к фертильности - воспроизводству здорового потомства,
вес тела значительно ниже рекомендуемой нормы,
есть склонность к сердечно-сосудистым проблемам,
наблюдается диабет в любой форме,
прогрессируют или периодически проявляются психические и психологические проблемы.

Кроме этого, абсолютными противопоказаниями к аутофагии служат прием некоторых типов лекарственных средств, беременность или кормление грудью, иммунные нарушения и период после обострения хронических заболеваний, вирусных инфекций, гриппа.

Но сам факт того, что периодическое голодание полезно и помогает очистить организм от скопившихся в нем вредных веществ, медицинское сообщество не отвергает. Более того, такие методики лечения активно использовались еще в советский период, к примеру, академиком Юрием Николаевым. Он успешно лечил подобным образом различные заболевания, и даже официально запатентовал методику РДТ (разгрузочно-диетическая терапия). То есть, несмотря на то, что аутофагия была официально признана лишь в 2016 году, она активно использовалась в официальной медицине еще в середине прошлого века.

Одной из особенностей старения является неспособность клетки адаптироваться к условиям стресса.
В процессе жизнедеятельности, в клетках накапливаются необратимые повреждения и, как следствие,
делящиеся клетки регенерирующих тканей прибегают к двум основным механизмам, предотвращающим деление. Они могут либо навсегда остановить клеточный цикл (войти в состояние покоя , «сенесценцию» ), либо запустить механизм запрограммированной смерти.
Существует несколько видов клеточной гибели. (самоубийство) является наиболее подробно описанной формой запланированной клеточной смерти. Существует, однако, ещё одна форма гибели клетки - аутофагия (самопоедание), которая осуществляется при помощи лизосомной деградации, имеющей важное значение для поддержания гомеостаза.
В отличие от митотических (делящихся) клеток, постмитотические клетки, такие как нейроны или кардиомиоциты, не могут войти в состояние покоя, поскольку они уже окончательно дифференцированны. Судьба этих клеток, таким образом, полностью зависит от их способности справляться со стрессом.
Аутофагия является одним из основных механизмов для ликвидации поврежденных органелл, долгоживущих и аномальных белков и излишних объёмов цитоплазмы.

Функционирование клетки как системы

Одноклеточные и многоклеточные организмы живут в постоянной адаптации к внешним и внутренним повреждающим стимулам. Неизбежное накопление повреждений приводит к ухудшению состояния компонентов клеток, к ухудшению клеточных функций и к изменениям в тканевом гомеостазе, что в конечном итоге оказывает влияние на весь организм.

Таким образом, старение в настоящее время рассматривается как естественное ухудшение организма с течением времени, ухудшение его «фитнеса», предположительно, в результате накопления невосстанавливаемого ущерба.

Многие возрастные патологии происходят от недостаточно точного функционирования механизмов репарации ДНК или аномалий в антиоксидантных механизмах, которые способствуют детоксикации
активных форм кислорода . Оксидативный стресс играет важную роль в онкогенезе и в снижении функции головного мозга, которые объясняются возрастно-зависимымой пероксидацией липидов , окислением белков и окислительной модификации генома митохондрий и ДНК .
Несмотря на общее происхождение этих заболеваний, существуют некоторые различия в зависимости от возраста, при котором они наступают. Заболеваемость раком резко возрастает после 50-летнего возраста, в то время как заболеваемость нейродегенеративными расстройствами повышается после 70 лет. Одним из важных различий между этими двумя патологиями является тип клеток, которые они поражают.
Рак затрагивает, в первую очередь, митотические клетки, в то время как нейродегенеративные расстройства затрагивают главным образом постмитотические (неделящиеся) клетки.
Таким образом, встает вопрос, чем принципиально отличается реакция этих типов клеток в ответ на стрессовые воздействия. По пролиферативной структуре тканей, многоклеточные организмы можно разделить на простые и комплексные . После развития и дифференцировки, простыe организмы (например, Caenorhabditis elegans и Drosophila melanogaster) состоят только из постмитотических клеток, которые окончательно дифференцированы и больше не делятся. И наоборот, комплексные организмы (например, млекопитающие) состоят как из постмитотических так и митотических клеток, которые присутствуют в регенерирующих тканях и поддерживают их способность размножаться.
Одним из важных различий между простыми и комплексными организмами, это продолжительность их жизни: нематоды C. elegans живут только несколько недель, плодовые мушки D.melanogaster живут несколько месяцев, в то время как мыши могут жить несколько лет, а люди - многие десятилетия. Вполне вероятно, что присутствие регенерирующих тканей в организме дает возможность заменить поврежденные клетки, тем самым увеличивая продолжительность жизни.
Тем не менее, потенциал возобновляемых тканей к саморегенерации представляет из себя риск в плане заболевания раком. Накопление повреждений увеличивает риск митотических клеток к приобретению модификаций в геномной ДНК и, следовательно, риск превратиться в раковую клетку.
В целях сохранения организма, поврежденные клетки опираются на два различных механизма, чтобы остановить их рост: они могут либо войти в состояние ареста клеточного цикла (процесс, известный как «сенесценция») или вызвать генетические программы клеточной гибели, чтобы умереть «по-тихому», не затрагивая соседние клетки (путем апоптоза и, возможно, аутофагии).
Для постмитотических клеток однако, сценарий поведения повреждения клеток радикально отличается. Поскольку их уже остановлен в фазе G0 , они не могут войти в состояние покоя, в сенесценцию. Не имея такого преимущества как пролиферативное обновление, постмтотические клетки, такие, как нейроны или кардиомиоциты , вынуждены адаптироваться к стрессу в целях обеспечения жизненно важных функций всего организма.
В нейродегенеративных патологиях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и Хантингтона, агрегирование белков является следствием недостаточного удаления окисленных, неверно сконформированных или аномальных белков в мозге . В этом контексте, аутофагия является основным путём для обеспечения нормальной функции повреждённой ткани.

Клеточное старение (сенесценция)

по сути является остановкой в фазе G1 клеточного цикла постоянно пролиферирующих клеток в ответ на стресс, с целью избежать опасности трансформации в злокачественную клетку. Клетки в состоянии покоя принимают уплощенную форму и запускают экспрессию конкретных молекулярных маркеров, связанных с сенесценцией - бета-галактозидазы, связанных с старением гетерохроматиновых локусов и накопления липофусциновых гранул .
способствующих переходу клетки в состояние покоя.
Среди них, укорочение теломер, повреждение ДНК и оксидативный стресс являются наиболее хорошо изученными. Несмотря на разнообразие этих сигналов, они сходятся на двух основных эффекторных путях: на пути и pRB пути (Рис.1).
В нормальных условиях, активность белка - супрессора опухоли p53 регулируется белком MDM2. Однако, при митогенном стрессе или повреждении ДНК, активность MDM2 подавляется и функциональный p53 способен активировать ингибитор циклин-зависимых киназ p21 , который останавливает клеточный цикл.
Во втором пути, белок ретинобластомы рRB активируется белком p16 в условиях стресса или повреждений ДНК, который в свою очередь связывается с представителями E2F факторов транскрипции, о которых известно, что они запускают клеточный цикл .
Эти два пути перекрываются в области контроля клеточного старения, а также могут совпадать с запуском программ клеточной смерти. Например, вентрикулярные кардиомиоциты активируют митохондриальный апоптоз, когда в этих клетках увеличивается экспрессия E2F.
Несмотря на то, что сенесценция является способом адаптации клетки в ответ на стрессовые условия, этот механизм, однако, может иметь негативное воздействие на выживание организма.
С возрастом, сенесцентные клетки накапливаются в пролиферативных тканях и вырабатывают различные протеазы деградации, факторы роста и цитокины, что оказывает воздействие на функции соседних клеток, не находящихся в состоянии покоя.
После массового накопления стареющих клеток, пролиферативный потенциал регенерирующих тканей снижается из-за уменьшения стволовых клеток. В общей сложности, эти последствия могут создать неблагоприятную обстановку, которая влияет на развитие неопластичных клеток в опухоли, что в итоге повышает риск заболевания раком.

Апоптоз

Апоптоз является наиболее подробно изученной формой запрограмированной клеточной гибели, которая играет важную роль в эмбриональном развитии и организменном старении . Он включает в себя конторолируемую активацию протеаз и других гидролаз, которые быстро разрушают все клеточные структуры.
В отличие от гибели клеток путём некроза, при которой разрушается мембрана клеток и запускается воспалительная реакция, апоптоз осуществляется в пределах неповрежденной мембраны, без ущерба для соседних клеток.
На морфологическом уровне , классическими чертами апоптоза являются конденсация хроматина (pyknosis), ядерная фрагментация (karyorrhexis), сжатие клетки и пузырение мембраны. Существует два основных пути инициации апоптоза: внутриклеточный (или митохондриальный) и внешний (Рис.2).
В ходе внутриклеточного пути, несколько сенсоров, в том числе BH3 - белки и p53, реагируют в ответ на различные стрессовые сигналы или на повреждение ДНК и активируют сигнальный каскад, который ведёт к пермебелизации внешней мембраны митохондрии (MOMP) .
Высвобождённые из межмембранного пространства пермеабилизированных митохондрий белки, формируют характерную структуру, апоптосому, комплекс активации каспаз, состоящий из белка APAF-1 (апоптотического фактора активации протеазы 1), каспазы - 9 и цитохрома С, что приводит к активации эффекторных каспаз, который разрушает важные клеточные структуры. Апоптоз запускаемый
на уровне митохондрий жестко регулируется семейством белков Bcl-2, которые подразделяются на 3 группы: (1) анти-апоптотические мультидоменные члены (Bcl-2, Bcl-X L и Mcl-1), которые содержат четыре Bcl-2 гомологичных домена (BH1, BH2, BH3 и BH4), (2) про-апоптотических мультидоменных члены (таких, как Bax и Bak), не имеющих BH4 доменов и (3) про-апоптотические BH3 белки (например, Bid, Bim и Bad).
Внутренние и внешние стимулы могут активировать протеолитическую деградацию белка Bid и транслокацию укороченного bid (tBid ) к митохондриальной мембране, где он стимулирует MOMP, предположительно, путем активации каналов Bax / Bak и через другие механизмы .
Множество внутриклеточных взаимодействий между членами семейства Bcl-2 сводятся к интеграции сигнальных каскадов, которые модулируют уровень и активность этих белков, чтобы активировать или избежать запуск митохондриального апоптоза.
Внешний путь начинается в плазматической мембране за счет активации рецепторов смерти семейства TNFR (рецепторов фактор некроза опухоли), которые активируются лигандами Fas/CD95 и TRAIL (TNF - связанный лиганд, индуцирующий апоптоз). Тримеризация рецепторов приводит к рекрутированию и активации каспазы-8 через специальные адаптерные белки, такие, как FADD / TRADD (Fas -связанных доменов смерти/TNFR1-связанных доменов смерти) для формирования сигнального комплекса, который далее передаёт сигналы по крайней мере в трёх направлениях: (1) путем прямого протеолиза и активации эффекторных каспаз, (2) путем протеолиза BH3 белка Bid, транслокации tBid в митохондрии и последующая пермеабилизация внешней мембраны митохондрий или (3)путём активации киназы RIP1 и (C-Jun N-концевых киназ), что приводит к транслокации tBid в лизосомы и пермебелизации Bax-зависимых лизосомных мембран, в результате заканчивающимся общим протеолизом при помощи катепсина B / D и MOMP.

Апоптоз и сенесценция

Как и клеточное старение, апоптоз является крайней формой клеточного ответа на стресс и представляет собой важный механизм подавления опухолей. Пока еще не ясно, что определяет путь, по которому идёт клетка. Хотя большинство клеток способно на оба этих процесса, они всё же являются взаимозаключающими.
Тип клетки является определяющим, так поврежденные эпителиальные клетки и фибробласты в основном входят в покой, в то время как поврежденные лимфоциты подвергаются апоптозу. Кроме того, было сообщено о том , что при помощи манипулирования уровня экспрессии Bcl-2 или ингибирования каспаз можно направить клетку, которая обычно бы умерла путем апоптоза, в состояние покоя. Также, были предприняты попытки затормозить клеточное старение путём повышенного уровня теломеразы, что в итоге не предотвращает клеточного старения, а защищает клетки от апоптоза.
Эти исследования ясно указывают на пересечение между процессами апоптоза и клеточного старения, например, на уровне белка супрессора опухоли p53.
В раковых клетках толстой кишки , активация p53 ведёт к инициации апоптоза, а не переходом в состояние покоя после онкогенного воздействия путём повышенной экспрессии c-myc. Тем не менее, детали и механизмы перекрестного регулирования между апоптозом и клеточным старением должны быть более подробно изучены.

Аутофагия

Аутофагия (Autophagy)(от греческих слов: "Авто", означающими само- и "phagein означающее «поглощать») представляет собой процесс, посредством которого собственные компоненты клетки доставляются к лизосомам для глобальной деградации (Рис.3). Этот повсеместный процесс выступает в качестве важного регуляторного механизма для ликвидации поврежденных органелл, внутриклеточных патогенов и лишних частей цитоплазмы, а также долгоживущих, аномальных или агрегированных белков.
Показано, что коротко-живущие белки ликвидируются преимущественно через протеасомы.
По крайней мере, три различных типа аутофагии были описаны, которые различаются в способе доставки органелл к лизосомам. Наиболее подробно описывается тип макро-аутофагии (macroautophagy), в котором элементы цитоплазмы и целые органеллы поглощаются так называемыми аутофагосомами (autophagosomes), имеющими двойную мембранную структуру, или первичными аутофаговыми вакуолями (AV-I). После слияния с лизосомами, аутофагосомы формируют одно-мембранную структуру, называемую аутолизосомой (autolysosome) или поздними аутофаговыми вакуолями (AV-II), содержимое которых деградируется и получившиеся элементы возвращаются в цитоплазму для метаболических реакций.
Подробный обзор по формированию аутофагосомных комплексов .
Основным негативным регулятором макро-аутофагии является , которая, как правило, запускает базовое образование аутофагосом, но ее ингибирование (например, при помощи рапамицина при отсутствие питательных веществ) запускает макро-аутофагию. Подавление mTOR активности способствует ферментативной активации мультипротеинового комплекса, который формируется из III phosphatidylinositol 3-киназы (PI3K), белка вакуолярной сортировки 34 (Vps34), Beclin 1, белка вакуолярной сортировки 15 (Vps15), белка резистентности к УФ-излучению (UVRAG), endophilin B1 (Bif-1), молекулы активации Beclin-1-зависимой аутофагии (Ambra 1) и, возможно, другие белки.
Этот комплекс негативно регулируются белками Bcl-2 / X L. Vps34 производит фосфатидилинозитол - 3-фосфат , молекулярный сигнал для сборки аутофаговых комплексов формирующим удлинение и закрытие везикул.
Процесс макро-аутофагии можно заингибировать по пути insulin/IGF-1, где PI3K продуцируют phosphatidylinositol - 3,4,5-trisphosphate , которые стимулируют функцию mTOR .
Не так хорошо изученным является следующий тип аутофагии - микро-аутофагия (microautophagy), при котором поглощение органелл производится непосредственно в лизосомные мембраны. Этот механизм
также является путём деградации органелл и долгоживущих белков, но, в отличие от макро-аутофагии, он не отвечает за адаптацию к недостатку питательных веществ.
Одной из конкретных форм микро-аутофагии является весьма избирательная деградация пероксисом (micropexophagy), описанная в дрожжах , как механизм адаптации к оксидативному стрессу.
Третий тип само-поедания является шаперон-ассоциированная аутофагия (CMA ). Несмотря на то, что этот путь также чувствителен к недостотку пит. веществ, в нём не происходит тотального поглощения органелл или избирательного распознавания субстрата. В CMA, белки цитоплазмы, которые содержат конкретные пента-пептидные мотивы, распознаваемые лизосомами (консенсус последовательность KFERQ) распознаются комплексом белков-шаперонов (в том числе теплового шока 73 кДа-белок, hsc73) и направляются к лизосомной мембране, где они взаимодействуют с белками, связанными с мембраной лизосом (LAMP) 2a. Субстратные белки затем разворачиваются и транспортируются в люмен лизосом для деградации.
Мотив KFERQ находится примерно в 30% белков цитоплазмы, включающих в том числе RNase А и амилоидные белки предшественники (APP). Интересно, что АРР могут быть связаны hsc73 (и, следовательно, скормлены СМА), когда основной путь их деградации заингибирован и данное взаимодействие происходит не через APP KFFEQ последовательности. Пока еще не ясно как KFERQ мотив распознается шапероновым комплексом.
Некоторые пост-трансляционные изменения субстратов (например, окисление или денатурация) могут сделать этот мотив более доступными для шаперонов, повышая уровень их лизосомного поглощения в CMA.

Аутофагия и апоптоз при клеточном старении

В большинстве случаев, аутофагия способствует выживанию клеток путем адаптации клеток к условиям стресса. В этом контексте парадоксально, что механизм аутофагии представляет из себя также не-апоптотическую программу клеточной гибели, которую называют "autophagic"или" тип-II" клеточной смертью.
Это основано на том, что некоторые случаи гибели клеток сопровождаются массовой аутофаговой вакуолязацией. Тем не менее, эти морфологические наблюдения не могут показать, сопровождается ли смерть клетки формированием аутофаговых вакуолей или клеточная гибель действительно осуществляется путём аутофагии. В самом деле, отношения между аутофагией и апоптозом являются сложными, и
именно то, что определяет, погибнет ли клетка путем апоптоза или по другому механизму по-прежнему остаётся неясным. В некоторых клеточных системах , аутофагия является единственным механизмом гибели, действуя в качестве резервного механизма исполнение смертного приговора, когда апоптоз в клетке просто заингибирован. И наоборот, если в процессе клеточного голодания заблокировать процесс аутофагии (например, припомощи малых интерферирующих РНК), то инициируется программа апоптоза .
В опухолевых клетках клеточных линий при воздействии на них цитотоксическими веществами, клетки предпочитают аутофагию, избегая апоптоз и клеточное старения. Опять же , белок p53 был определен в качестве одного из главных регуляторов определяющего направление, по которому пойдёт клетка. В стареющих и постмитотических клетках, аутофагия служит в качестве механизма адаптации к стрессу.
Было показано , что аутофагосомы накапливаются в стареющих фибробластах в целях содействия обновлению веществ цитоплазмы и её органелл. Точно так же в кардиомиоцитах , оптимальное функционирование митохондрий зависит от макро-аутофагии.
Работа одного типа аутофагии- CMA - снижается с возрастом, что увеличивает риск дегенерации нейронов, связанный с накоплением подверженных к аггрегации мутантных белков. Следует отметить , что нейродегенеративные заболевания, связанные с возрастом, имеют схожие характеристики с патологиями, вызванных нокаутом генов, связанных с аутофагией (atg) в головном мозге, такими как накопление убиквитинированных белков и телец включения в цитоплазме, увеличение апоптоза в нейронах и постепенная потеря нейрональных клеток.
Недостаток питательных веществ является наиболее часто используемым способом индуцирования аутофагии в культивируемых клетках, и действительно аутофагия это механизм, с помощью которого одноклеточные организмы (например дрожжевые клетки), а также клетки млекопитающих могут адаптироваться к истощающимся ресурсам.
В ходе деградации макромолекул высвобождается АТФ, что позволяет скомпенсировать отсутствие внешних источников питания. Важно отметить, что эта способность аутофагии может участвовать в продлении жизни организма за счёт ограничения в калорийности питания. Голодание или диетическое ограничение являются одним из сильнейших стимулов для запуска аутофагии по всему организму у мышей и нематод C.elegans.
В любопытном исследовании было показано , что выключение atg генов в C. elegans отменили эффекты противо-старения, которые наблюдались у особей в ходе ограничения калорий.
Точный механизм, посредством которого аутофагия уменьшает старение далеко не ясен. Тем не менее, можно предположить, что регулярное обновление цитоплазматических структур и молекул "очищает" и тем самым омолаживает клетки. Кроме того, аутофагия играет важную роль в поддержании стабильности генома посредством механизмов, которые еще не изучены.
Таким образом, общее увеличение уровня аутофагии может помочь избежать долгосрочных последствий повреждений ДНК, гипотеза , которая требует дальнейшего изучения.

Заключительные замечания

Эмбриогенез и развитие многоклеточных организмов являются результатом баланса между клеточной пролиферацией и клеточной смертью.
После дифференцировки тканей, ткани с пролиферирующими клетками и ткани с не-пролиферирующими клетками накапливают повреждения, которые существенны для поддержания жизни и ускоряющие старение.
В пролиферативных тканях, существуют два различных механизма, которые позволяют клеткам избежать прогрессирования поврежденных клеток в клетки рака: арест деления (процесс, известный как клеточное старение), либо запрограммированная клеточная гибель (апоптоз и, возможно, также массивная аутофагия). Кроме того, старение связано с возрастающим риском развития различных патологий, связанных с клеточными повреждениями.
В частности, нейродегенерация может развиться из-за снижения клеточных механизмов, которые направлены на удаление поврежденных элементов. Основной путь деградации цитоплазматических элементов – аутофагия, уровень которой, как сообщается, снижается с возрастом.
Стимулирование аутофагии путём ограничения калорийности питания может служить в качестве стратегии для того, чтобы избежать развития возрастно-зависимых болезней, как это было показано на C.elegans. Вместе с тем остается открытым вопрос о том, что может оказать положительное влияние на возрастные изменения в человеке: индукция аутофагии (периодическая или непрерывная) путем ограничения калорийности (перемежающейся или постоянной) или воздействие фармакологическими средствами.

Доска почёта

Craig B. Thompson
Chairman and Professor, Dept of Cancer Biology and Medicine
University of Pennsylvania.
Лаборатория Томпсона занимается регуляцией развития лейкоцитов, клеточной пролиферации, адаптации к стрессовым условиям, апоптозом. Одним из направлением является исследования эволюционного видоизменения многоклеточных организмов как механизма строгого контроля над процессами клеточной смерти и старения.

Russell T. Hepple , PhD

Associate Professor, Faculty of Kinesiology, University of Calgary, Canada
Лаборатория Хеппле занимается проблемами снижения функции мышечной ткани в свете регуляции клеточного старения и смерти.

Джуди Кампизи, Buck Institute for Age Research, Buck Institute
8001 Redwood Blvd.
Novato, CA 94945

Радиобиолог [b] работает в Институте биологии научного Центра Уральского отделения РАН в Сыктывкаре: занимается экологической генетикой.

Механизмы активации аутофагии — Нобелевская премия по медицине 2016

Лауреат Нобелевской премии по медицине за 2016 год, доктор Осуми показывает нам, что периодическое голодание может дать нам более долгую и здоровую жизнь. Узнайте, как клеточная аутофагия может добавить десяток здоровых лет к вашей жизни.

Слышали ли вы, что доктор Иосинори Осуми в этом году получил Нобелевскую премию за свою работу, связанную с «самопоеданием» клеток организма?

«Зачем бы клеткам есть самим себя?» Могли бы вы спросить.

«Для того, чтобы жить дольше и более здоровым», я мог бы ответить.

Давайте я объясню.

Клетки на самом деле не едят себя полностью. Они лишь, частично разрушают белки и несущественные компоненты, чтобы повторно использовать их для получения энергии. Клеточный биолог доктор Осуми получил Нобелевскую премию по медицине в 2016 , потому что его работа по клеточной аутофагии дает нам большую ясность о том, как клетки организма избавляются от токсинов и восстанавливают себя.

Этот процесс называется «клеточная аутофагия» , и это то, что, вам необходимо, чтобы ваши собственные клетки, делали на регулярной основе. То есть, если вы хотите увеличить свои шансы прожить долгую, здоровую жизнь без затяжных болезней.

что такое клеточная Аутофагия?

Клеточная аутофагия является важным процессом для организма, чтобы выжить и остаться здоровым. В период когда человек ограничивает калорийность рациона, или полностью голодает не только клетки расщепляют белки и несущественные компоненты, чтобы повторно использовать их для получения энергии, но и клетки используют аутофагию для:

Уничтожения чужеродных вирусов и бактерий; (теперь вы наверно понимаете почему вам так не хочется есть во время болезни простудой или гриппом?), а также
Избавляете себя от поврежденных структур; процесс, который убирает, повреждения которые могут способствовать развитию рака, инфекционным заболеваниям, иммунологическим заболеваниям и нейродегенеративных заболеваний; включая болезнь Паркинсона, диабет 2-го типа.

Еще одна факт - перебои в работе механизмов аутофагии, играют определенную роль в старении; наоборот, улучшение аутофагии, как полагают, замедлит процесс старения.

Таким образом, эта аутофагия тема очень привлекающая внимание (получившая признание даже Нобелевской премией!) Она имеет очень важное значение, на самом деле она была открыта еще в 60 годы прошлого века, но мало что было известно о том, как на самом деле происходит аутофагия, какие участвуют гены, и её специфическая роль в болезнях и нормальном развитии до исследований д-ра Осуми, который начал изучать аутофагию в дрожжах. Он занимается процессом изучения аутофагии уже 27 лет.

Да, те самые дрожжи снова! Дело в том, однако, что новаторская работа доктора Осуми демонстрирует, что гены аутофагии и метаболические пути у дрожжей аналогичны у высших организмов, включая человека.

Слово «аутофагия» происходит от двух греческих слов, означающих «само-поедание». Это относится к процессу, в котором клеточный мусор захватывается и запечатывается в мешковидные мембраны, называемые аутофагосомы. Запечатанные содержимое транспортируются в другую структуру, которая называется лизосома, аналог клеточного бункера для мусора.

Изучая процесс в клетках дрожжей, доктор Осуми определил основные гены, участвующие в аутофагии и показал, какие белки они кодируют вместе, чтобы построить аутофагосомную мембрану. Позже он показал, что аналогичный процесс происходит при рециркуляции клеточной связи в клетках человека - и что наши клетки не выжили бы без этого процесса.

Аутофагия удаляет накопление холестерина в стенках артерий человека

Эта картинка иллюстрирует открытие, сделанное группой исследователей из Университета Оттавы института сердца во главе с биохимиком Ивом Марселем, директором биологической лаборатории липопротеинов высокой плотности Института Сердца в Канаде.

Д-р Марсель и его команда обнаружили, ещё одну функцию клеточной аутофагии - мобилизация и удаление холестерина из клеток.

Исследования Канадского института сердца показали, что аутофагия может поглотить и переварить холестерин накапливающийся в стенках артерий. «Этот процесс способствует выведению холестерина и может помочь найти совершенно новые пути для предотвращения развитие атеросклероза, являющегося основной причиной сердечных приступов и инсультов» заявляет д-р Ив Марсель.

История применения лечебного периодического голодания

Вручение Нобелевской премии в 2016 году за исследования в области аутофагии вновь пробудило интерес к теме, периодического лечебного голодания. Методику лечебного голодания многие люди старшего поколения, рожденные в СССР, помнят еще с 70 годов прошлого века, когда ее сделала популярным книга Поля Брега «Чудо голодания». Но положительное влияние голодания на здоровье известно с очень древнего времени - еще в библии его упоминают 74 раза! Голодали многие известные философы и ученые древности: величайший математик Пифагор, философы Сократ и Платон и все они прожили достаточно долго - в районе 90–100 лет.

В СССР тему лечебного голодания изучал доктор медицинских наук Юрий Николаев, в 1973 году он выпустил популярную книгу «Голодание ради здоровья» - она разлетелась мигом, тираж был 200 тысяч экземпляров, книга была переведена на многие зарубежные языки. Более 10 лет Николаев изучал влияние голодания на различные заболевания человека и в результате появился его метод названый «разгрузочно-диетической терапией» (РДТ). Метод был настолько популярен в СССР, что в больницах даже открывали отделения посвященные, конкретно этому методу лечения. Не знаю с чем связано, что методика была забыта у нас в стране - вероятнее всего, это связано с развалом СССР, как и многое другое. Сам доктор медицинских наук Юрий Николаев умер в 1998 году в возрасте 93 года.

Периодическое голодание для активации аутофагии

Ну а теперь перейдем к практике. Отличная новость в том, что вы можете выбрать методику периодического голодания для запуска аутофагии , которая лучше всего вам подходит:

Ешьте с 13:00 часов дня и до 8:00 вечера, давая вашему организму 17 часов без еды, для увеличения процессов аутофагии; или
Ешьте в течение пяти дней в неделю как обычно, и ограничивайте калории до 500 два дня в неделю (устраивайте разгрузочные дни на овощах); или
Питайтесь как обычно в течение пяти дней в неделю, но ограничивайте калории до 500 за счет употребления только сырых овощей в течение одного дня и полностью голодайте в течение одного дня.

Данные типы периодического голодания доказали эффективность в активации аутофагии на лабораторных животных, и так же на людях у которых снизились биомаркеры отвечающие за риск развития рака, диабета и болезней сердца.

Если вы придерживаетесь вегетарианского питания, то вероятно периодические голодания для вас не нужны, так как при этом типе питания скорее всего происходит активация аутофагии за счет постоянного ограничения калорийности питания, конечно если вы не питаетесь только лишь одними сладкими фруктами — так называемое фрукторианство, на мой взгляд весьма вредный способ питания для здоровья человека.

В своей статье я приводил документальный фильм ВВС «Есть, голодать, жить дольше» в, котором рассказывали о некоторых вариантах голодания, и ограничения калорийности диеты, рекомендую посмотреть, фильм действительно очень интересный. В нем главный герой — посещает несколько центров по изучению голодания, и применяет на себе выбирая наиболее подходящий для себя.

Вывод: в статье я рассказал о том как можно улучшить своё здоровье за счет периодического голодания активирующего процесс аутофагии в организме, это одно из самых важных действий, которое вы можете сделать для своего здоровья и долголетия, наравне с приемом и отказом от вредных привычек.

Спасибо за прочтение моей статьи, а как вы относитесь к голоданию ? Пробовали ли вы когда либо голодать? Напишите ваши комментарии после статьи мне будет интересно узнать о вашем опыте.

The following two tabs change content below.

Роман Заболотников

Я уже более пяти лет помогаю читателям этого сайта получать самую новую информацию по тематике биохакинга, улучшению здоровья, продлению молодости и достижению долголетия, а также делюсь личным опытом и практическими наработками в области применения добавок и препаратов с IHERB. Буду благодарен, если вы уделите несколько минут и оставите свои комментарии и вопросы по поводу прочитанной статьи, ваше мнение очень важно для того, чтобы данный сайт был более интересным, а материалы более понятными.

Фима Собак, несомненно, была культурной девушкой…
ей было известно одно такое слово…
Это было богатое слово: гомосексуализм.
Ильф и Петров

Ну а мы, следуя за Фимой рассмотрим сегодня, что же значит не менее богатое слово АУТОФАГИЯ

Важным процессом в осознанной практике голоданий является понимание процесса аутофагии. Можно конечно голодать и без этих знаний, хуже или лучше, понятно, от этого не станет. Но, знание-сила, как я всегда говорю. Чем ты осознаннее, чем лучше понимаешь процессы, происходящие в организме в определённых случаях, и вообще, тем легче, здоровее, и дольше ты живёшь.

Даже в здоровом человеческом теле клетки постоянно повреждаются, как нормальная часть обменных процессов. Что уж говорить о том, когда мы живём в суровой нашей экологии и в недостатке питательных веществ в угоду углеводам (как части старой пропаганды).
Да и по мере того как мы стареем мы сталкиваемся со всё большей и большей деградацией и повреждением клеток.
И тут первое, и скорее всего единственное, средство для борьбы «со старостью» — аутофагия.
Она как Чип и Дейл спешит на помощь, освобождая тело от повреждённых клеток, от клеток стареющих, от клеток уже не работающих в нужной мере, но не покидающих тело по тем или иным причинам.
Причина, по которой следует удалять стареющие, повреждённые и мутированные клетки – они могут способствовать воспалительным процессам и возникновению различных заболеваний.

Раньше, ещё каких-то 100-150 лет назад так и было в природе, в человеке природно заложен процесс голодания. Но современная, «свеженькая» наша цивилизация убила всё это, родив вместо человека разумного (Homo sapiens, то бишь), человека жрущего, бездумного Потребителя с большой буквы, абсолютно не задумывающегося о последствиях своего опрометчивого отношения к организму. Плохо, конечно, это всё. Но, каждый волен поступать, тем более с собственным организмом, как ему вздумается.

Посмотрим что же такое аутофагия с научной точки зрения.

Слово «аутофагия» было придумано немногим более четырёх десятилетий назад и происходит от греческих слов «auto» (что означает — сам) и «phagy» (что означает — еда). Самоедство, по-русски говоря.

Аутофагия – упорядоченный и регулируемый процесс в организме, который разрушает и перерабатывает компоненты клеток. Исследователи считают, что аутофагия — это механизм выживания, или способ, которым организм ловко реагирует на стресс, чтобы защитить себя.

А вот точная цитата из научных работ:
«Аутофагия - процесс лизосомальной деградации цитоплазматического материала. Описанный почти одновременно с апоптозом, но как вариант альтернативной гибели клетки, процесс аутофагии имеет более сложный биологический смысл».

Апоптоз , к примеру, был известен уже с 1972 года, открытый Джоном Керром.

*Апоптоз — программируемая клеточная гибель, в результате чего клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Фрагменты мёртвой клетки быстро «съедаются» макрофагами или соседними клетками, минуя развитие воспалительной реакции.

И это тоже не страшно, ни апоптоз, ни аутофагия это не какой-то жуткий канибальский процесс. Это как, знаете, была у вас любимая машина, но с годами побилась, проржавела, детали повыходили из строя.

Или, например шкафчики кухонные, на одном уже дверца на соплях держится, сколько её не ремонтируй, в другом полки поотваливались, термиты их сожрали, там поцарапалось, тут облезло, здесь расшаталось (да и вообще, старый уже и не модный)….

И прежде чем купить новую машину или шкафчики те же, надо старое выбросить, хоть и любимое было и вроде как пригодилось бы. Но нет. От старого хлама всегда только проблемы, и времени, и средств оно высасывает больше, чем приносит пользы.
Так и с организмом, процесс тот же, старый хлам долой, что бы очистить место новому – это апоптоз .

С другой стороны, если в машине, к примеру, бок только помяли или поцарапали, или деталь сломалась какая-то, а машинка ещё ничего себе, годная. В шкафчике только дверца вдруг отвалилась, то незачем выбрасывать всю вещь, можно только детали заменить – это аутофагия .

Такое явление, как аутофагия было обнаружено совсем недавно, и в исследованиях на животных смогли пронаблюдать, как аутофагия может омолаживать и способствовать долголетию, приносить пользу нервной системе, иммунной системе, сердцу, метаболизму и работе организма в целом.

И как выяснилось в ходе последующих исследований единственный способ вызывать в организме качественную и длительную аутофагию — это практиковать голодание .

Мы знаем, что глюкагон является антагонистом инсулина — если инсулин повышается, то глюкагон понижается. И обратно — когда инсулин понижается, то глюкагон идет вверх. Мы знаем, что процесс питания, то есть когда пища попадает в нас, повышает инсулин — глюкагон , соответственно, не работает. А когда мы не едим (в частности, голодаем), уровень инсулина снижается или совсем не включается выработка инсулина, работает наш глюкагон .

Именно на голодании высокий уровень глюкагона обеспечивает запуск процессов аутофагии — это и есть сущность клеточного очищения. Организм распознает старые клетки, маркирует их, а затем разрушает.
Вот эти все дефективные, мутировавшие или старые клетки как раз и есть тот самый мусор, который нужно выбрасывать, он и есть причина старения организма.

Но процесс аутофагии на голодании (именно на голодании) заключается не только в поедании старых и больных клеток, этот процесс ещё и стимулирует выработку гормона роста , который в свою очередь запускает производство новых молодых клеток – то есть, голодая, мы полностью обновляем наш организм.

Как я и говорила выше, все очень просто, как и в жизни: прежде чем появятся новые вещи, мы должны избавится от старых. Вы же не будете покупать новую мебель и ставить ее рядом со старой?!

Процесс уничтожения не менее важен, чем процесс создания, здесь важно всё вкупе, голодание поворачивает вспять процессы старения, заменяя старый клеточный мусор новыми структурами.

Страшная мысль, что клетки поедают друг друга пугает «неокрепшие умы». Многие спрашивают вредно это или полезно для организма.

Да, это определенно хорошо! Как упоминалось выше — аутофагия процесс «самопитания», который может показаться довольно страшным, но на самом деле является нормальным способом проведения процессов клеточного обновления вашего тела.
На самом деле, аутофагия настолько полезна, что теперь ее называют «ключом к профилактике таких заболеваний, как рак , нейродегенерация , кардиомиопатия , диабет , заболевания п ечени , аутоиммунные заболевания и инфекции » и «эликсиром молодости».

Почему эликсир молодости ? Да потому что — аутофагия имеет много средств против старения, поскольку она помогает разрушать и повторно использовать поврежденные компоненты, возникающие в вакуолях (пространствах) внутри клеток. Другими словами, процесс аутофагии в основном работает с использованием отходов, образующихся внутри клеток, создавая новые строительные материалы, которые помогают в восстановлении и регенерации.

Ёсинори Осуми

Благодаря последним исследованиям и, собственно товарищу Ёсинори Осуми (не буду тут о нём писать, потому что и так уже весь интернет завален его достижениями), мы теперь знаем, что аутофагия важна для «очистки» организма и защиты от негативных последствий стресса.

Однако ученые до сих пор подчеркивают, что точный способ работы процессов аутофагии только начинает пониматься. Ещё не всё до конца изучено.
До какого там конца, когда только-только начали исследовать серьёзно это дело. Я потому всегда расстраиваюсь, что никто до сих пор серьёзно не изучил процессы длительного голодания. Совсем никто. Всё это так и держится на научных работах Николаева, но у него просто возможностей современных не было, он не мог изучить, что и как в клетках происходит. Надеюсь, что займутся.

Но вернёмся к аутофагии.

В процессе аутофагии старые, больные и «устаревшие» или нерабочие запчасти клеток распадаются на аминокислоты, количество которых в самом начале процесса голодания повышается.

Включаются три этапа переработки «мусора»:
Аминокислоты доставляются в печень для глюконеогенеза, разлагаются до глюкозы через цикл трикарбоновой кислоты (TCA) и становятся дальнейшим строительным материалом для новых белков.

Кроме этого в дело ещё вступают Лизосомы , которые могут разрушать большие поврежденные структуры, такие как митохондрии, а затем помогают транспортировать эти поврежденные части, чтобы они использовались для производства топлива.
Подводя всему этому сложному процессу итог: поврежденный материал сначала должен быть транспортирован в лизосому, затем деконструирован, а затем отправлен обратно для повторного использования.

Исследователи предлагают (и планируют изучать эти сферы более досконально), что некоторые из самых важных преимуществ аутофагии включают в себя такие важные вещи, как:

Обеспечение клеток молекулярными строительными блоками и энергией

Переработка поврежденных белков, органелл и агрегатов

Регуляция функции митохондрий клеток, которые производит энергию, но могут быть повреждены оксидативным усилием (Оксидативное усилие это разница между продукцией свободных радикалов и способностью тела противодействовать или детоксицировать их пагубное воздействие через обезвреживание «противостарителями»)

Очистка поврежденного эндоплазматического ретикулума и пероксисом (части клеток).

Защита нервной системы и поощрение роста клеток мозга и нервных клеток. Аутофагия улучшает когнитивные функции, структуру мозга и нейропластичность.

Поддерживает рост клеток сердца и является защитой от болезней сердца

Повышение иммунитета путем устранения внутриклеточных патогенов

Защита от неправильно свернутых, токсичных белков, которые способствуют ряду амилоидных заболеваний (патологические изменения в мозге)

Защита стабильности ДНК

Предотвращения повреждения здоровых тканей и органов (некроз)

Потенциально борьба с нейродегенеративными заболеваниями, раком и другими сложными болезнями.

Большущий список, но пока всё это в работе.
………..

Существует несколько различных типов аутофагии:

Микроаутофагия , Макроаутофагия и Шапероновая аутофагия .

Процесс Аутофагии

Люди не единственный вид, который извлекает выгоду из аутофагии. Фактически, аутофагия наблюдается у дрожжей, плесени, растений, червей, мух и млекопитающих. Большая часть исследований на нынешний момент по аутофагии изучает крыс и дрожжи. Генетическими скрининговыми исследованиями были идентифицированы по меньшей мере 32 различных гена, связанных с аутофагией (Atg). Исследования продолжают показывать, что аутофагический процесс является очень важной реакцией на голод и стресс у многих видов.

Однако, первые два типа аутофагии присущи только плесени, дрожжам, растениям, мухам и червям и т.д. и считаются неизбирательными типами, то есть могут уничтожать и то, что совсем не следовало.
Из-за своей «неизбирательности» аутофагия могла бы быть способом самоубийства клетки. В этом случае перевариваются все органеллы клетки, оставляя лишь останки, поглощаемые иммунными клетками - макрофагами.

Но, есть самый «волшебный» третий вид аутофагии.
Третий же вид — Шапероновая аутофагия , считается полностью избирательным.
То есть организм целенаправленно денатурирует повреждённые клетки и отправляет, как уже описала выше, в лизосомы до их полного переваривания. И данный вид аутофагии присущ только млекопитающим.

Спусковым крючком для аутофагического процесса является стресс – голодание, экстремальные физические нагрузки и определённые окислительные и токсические процессы.

Учёные полагают, что аутофагия связана с апоптозом (гибелью клеток, которая происходит как нормальная и контролируемая часть роста или развития организма).

Доказывается, что наша (у млекопитающих) избирательная аутофагия безошибочна в отношении удаления из организма специфических «испорченных» органелл, рибосом и белковых агрегатов. На данный момент нет пока четких доказательств того, что аутофагия или апоптоз контролируют другие процессы ещё. Но некоторые исследования показали, что аутофагия является механизмом апоптоз-независимой гибели клеток.

Цитата из научной работы:
«Аутофагия может быть индуцирована активными формами кислорода, ионизирующей радиацией, некоторыми противоопухолевыми препаратами, прекращением действия факторов роста и особенно снижением содержания аминокислот и АТФ в цитозоле. В 3-х последних случаях аутофагия запускается как компенсаторный механизм, поставляющий питание клетке из эндогенных источников. Парадокс явления аутофагии заключается также в том, что она может выступать не только как вариант реализации танатогенной программы, но и, наоборот как программа выживания клетки. Показано, что если вслед за активацией апоптоза будет запущен процесс аутофагии, то происходит отмена программируемой гибели ».

То есть получается, что аутофагия, по сути, может запускать программу смерти вспять?!

И это одна из причин, по которой активно исследуется связь между апоптозом и аутофагией.
В связи с взаимовлиянием двух этих важных процессов друг на друга, товарищи исследователи полагают, что аутофагия может реально помочь в лечении рака и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера , из-за ее способности модулировать клеточную смерть.

Одни из самых страшных последствий накопления клетками «мусора» — болезнь Альцгеймера и рак.
Конкретно в случае болезни Альцгеймера происходит накопление, разрушающих клетки мозга аномальных белков – бета-амилоидов или тау-белков, что и приводит к слабоумию. Учёные разумно предположили и сейчас исследуют, что процесс аутофагии, способный очищать клетки от старых белков, способен и предотвращать развитие болезни.

Сами учёные говорят: «Аутофагия может выступать в качестве важной терапевтической программы, защищая здоровые клетки и удаляя вредные».

«…В будущем мы сможем использовать процессы аутофагии, как для защиты клеток, которые мы не хотим убивать, так и для уничтожения и удаления больных клеток».

Лизосома «поедает» клетку

Аутофагия активна во всех клетках, но как мы уже выяснили, индуцируется она лишь в ответ на сильный стресс или отсутствие питательных веществ (голодание).

Как это знание может помочь нам, простым смертным, так сказать, гражданам. А помочь нам может это тем, что мы способны (а я считаю, что должны) использовать «хорошие стрессоры», такие как физические нагрузки и временное ограничение питания (голодание), чтобы задействовать в организме аутофагические процессы. Обе из этих стратегий объеденяются такими преимуществами, как: управление весом, ингибирование возрастных заболеваний и, как следствие, долголетие.

Когда дело доходит до практического применения этих знаний, а конкретно образа жизни, привычек и образа питания, то подконтрольная нам «диетическая» стратегия, единственная в своём роде, способная запустить процесс аутофагии – .
Голодание — это самая простая концепция, не требующая от вас никаких сверхзатрат: Вы воздерживаетесь от еды в течение определенного периода времени, останавливается работа поджелудочной железы, а значит выделения инсулина, и после использования «заначек» гликогена включается процесс аутофагии, как реакция на отсутствие питательных веществ.
Бесплатный способ диагностики, лечения заболеваний и продления жизни.

Исследования показывают, что голодания между от 24-48 часов до 7 суток, вероятно, как пишут учёные, имеют самые сильные эффекты.
Тут я как всегда возмущусь, ибо изучений более длительных сроков голоданий нет и поныне, хотя из голодания уже умудрились сделать даже тренд.
Американские учёные раньше вообще были самыми яростными противниками голоданий, запугивая несведущих граждан смертью. Теперь разрешили голодания, не прошло и лет ста, хотя бы 1-3-7-14 дневные, спасибо им и поклон в землю))). Но опять понавыдумывали, что длинные голодания больше одной, максимум двух недель, так же чреваты страшными последствиями, типа синдрома повторного кормления.
Синдром этот описан после Второй Мировой Войны, когда освобождали пленных из концлагерей. Так вот большое количество освобождённых тогда умерло, сразу после освобождения, как только их начали кормить. От кормления умерли! И это правда.
Но ведь тут совсем другая история. Во-первых не по своей воле они голодали. Во-вторых: не голодали они, а очень скудно и плохо питались, нарушив многие процессы пищеварения и т.д.
И кормили их неизвестно чем…

Не могут жить спокойно, дай им чем-нибудь людей попугать.
Вроде и пользу обнаружили, и Нобеля даже дали, и в тренд уже превратили, но всё ещё попугивают.

Короче говоря, радуемся, что хоть такие исследования есть! И это уже огромное достижение и огромный шаг к будущим изучениям и пониманию.

Но вернёмся к вопросу, когда же начинает работать аутофагия.
Что странно, несмотря на изучения, никто не может дать точных цифр, одни говорят через 12 часов, другие – 24, третьи 48 дают. Непоняточка.
Но по личному опыту могу сказать, что не через 12, ни 24, ни 48 не работает оно.

Начинается процесс, тот самый, что раньше назывался «переход на эндогенное питание », а теперь аутофагия , суток через трое, то есть тогда, когда полностью исчерпаны запасы гликогена и организму приходится изыскивать, чем же ему теперь питаться.
У некоторых, таких запасов бывает как-то многовато и лишь на четвёртые или пятые сутки это случается.
ПГ (периодическое голодание), так сильно сейчас пропагандируемое, это очень и очень хорошо, но аутофагии оно не касается. Хотя, могу и ошибаться я. Однако учёных не понять мне в этом вопросе: что сложного, если уж ты исследуешь процесс, сказать конкретно – когда, блин, начинается он и когда заканчивается. Чтобы человеку понятно было, на сколько заходить в голод и сколько дней-недель ему стоит голодать, а сколько нет. Чего уж проще….
Чего они боятся (или может, запрещает кто?), что все как начнут голодать и не остановятся? Рухнет вся пищевая и фармакологическая промышленность?

Ну да ладно.

Учёные говорят, что кетогенная диета (диета с высоким содержанием жиров и практически нулевым содержанием углеводов) работает аналогично голоданию.
Кето включает получение 75-80 % ваших ежедневных калорий из жира, и не более чем 5-10 процентов калорий из углеводов.
Это, по их словам, принуждает тело пройти через серьёзные изменения, по мере того как метаболические процессы изменяются так, что тело начнет использовать жиры для топлива вместо глюкозы из углеводов.

В ответ на такое строгое ограничение углеводов, организм начинает производить кетоны, которые имеют, помимо прочего, много защитных свойств. Исследования показывают, что кетоз также, как и голод, может (?) вызывать аутофагию, которая имеет нейропротекторные функции.
Например, в исследованиях на животных, у крыс, попадающих на кетогенную диету для перехода на аутофагию, было замечено уменьшение повреждения головного мозга во время и после судорог.
(Странные изыскания… Но, мы, Николай Второй, не учёные и сильно строго судить их не можем)…
Одноко здесь, опять же, разумно предположить, если на кето диете включается аутофагия, как и на голодании, следовательно, её нельзя использовать постоянно, а только в лечебных целях и очень недолго. Но фанатов не переубедить. Некоторые даже рассказывают, что уже 15 лет на кето, хотя оно появилось пять лет назад….

Еще один «хороший стресс», который может вызывать аутофагию, говорят учёные — это тяжёлые физические нагрузки. В частности — тяжёлая атлетика по многу часов и марафонский бег.
Одно из недавних исследование показывало, что «тренировка запускает аутофагию в отдельных органах, включенных в метаболическую регулировку, таких как мышцы, печень, панкреас и жировая ткань».

Вместе с тем, что физические упражнения имеют много преимуществ, это на самом деле форма стресса, потому что он разрушает ткани, заставляя их восстанавливаться и становиться сильнее. Пока не совсем ясно, сколько упражнений необходимо для включения или продления моментов аутофагии, но исследования показывают, что тяжёлые интенсивные упражнения, вероятно, наиболее полезны.

В костных тканях и тканях сердечной мышцы, после 30 минут тренировки могут (?) включиться процессы аутофагии .

Как и марафонский бег, который изымает из организма в усиленном режиме, практически мгновенно, весь запас гликогена и уже буквально через 3-4 часа марафонского бега у вас запускается процесс аутофагии. Интересно. Но кто же может бегать целыми днями, кроме профессиональных спортсменов…

То есть получается, что занятия тяжёлой атлетикой во время голодания должны показать более мощные аутофагические эффекты, нежели голодание и упражнения по отдельности.

Можно ли тренироваться во время голодания?
Раньше, кстати, сильно не рекомендовали тяжёлую атлетику на голодании, обосновывая тем, что «жрёт» мышцы. Теперь же выяснилось, что ни мышцы, ни здоровые ткани вообще не страдают и не подвергаются никаким негативным последствиям.
Теперь можно с уверенностью сказать — МОЖНО. Голодающий тренирующийся человек даже может почувствовать себя более энергичным, чем в обычном «не голодном» состоянии.

Сейчас учёные говорят, что даже больные раком могут, и даже обязаны, голодать и давать себе физическую нагрузку, чтобы, если не остановить рак, то хотя бы уменьшить симптомы и облегчить течение болезни. Но советуют прежде обсуждать это с врачом. Хм.

И ещё одно из важнейших качеств аутофагии, считают исследователи – это её антивозрастные свойствами, омолажение организма и продление срок жизни.

Процесс включения аутофагии понятен. А каков процесс остановки?

А выключение ещё проще, чем включение. Кнопочкой «вкл-выкл» является ЕДА !
Как только глюкоза или белки попадают в организм тут же вырабатывается инсулин, и в совокупности или по отдельности они отключают процессы самоочищения клетки. И для этого много их не требуется. Например, даже очень небольшое количество отдельно взятой аминокислоты лейцин остановливает аутофагию.
Проще, как говорится, некуда. Не ешь — «вкл» аутофагия, поел — нажал на «выкл».

Таким образом, аутофагия является крайне уникальным свойством голодания – потому как этого не происходит при простом ограничении калорий или питании на какой-то сумасшедшей диете.

Когда говорю знания-сила, подчёркиваю именно то, что понимание процесса позволяет им успешно пользоваться.
Понимание процесса голодания и аутофагии возвращает нас к естественному природному циклу – питанию-голоданию-питанию-голоданию, но не к переменным или постоянным попыткам следовать разным ограничивающим диетам. Голодание и аутофагия обеспечивают нам мощное клеточное очищение в фазе голодания и клеточный рост в фазе питания, то есть то, что и должно быть – гармония и баланс. А жизнь это что, это и есть баланс и гармония…

Но есть и ещё один подарочек от учёных.

После процесса аутофагии, и после окончания голодания (а если конкретно, то через неделю после выхода из голодания) организм в срочном порядке вырабатывает свои собственные стволовые клетки, которые идут на замещение «удалённых дефектов» и, в целом, на восстановление и омоложение организма. Однажды обломавшись с введением внешних, донорских, стволовых клеток для омоложения организма, учёные приуныли. Слишком много там оказалось негативных побочных эффектов.
Но вот изучение вопроса аутофагии на голодании и обнаружение выработки собственных стволовых клеток породило новый интерес и новые исследования. Что не может не радовать.
Ждём уточнений.

На этой радостной ноте, пожалуй, и закончу на сегодня.

Будьте молоды и здоровы!

Юл Иванчей (Yul Ivanchey)

P.S. Хотела выложить видео о том, как происходит процесс аутофагии, но, увы, по какой-то причине нет в интернете таких видео. Нигде. Странно, подумалось мне, ведь уже и премию Нобелевскую выдали, должны бы быть хоть какие-то видео материалы, но…….
Развлекайтесь пока видосиком о том, как работает наша иммунная система, не менее любопытно. Думаю, что и процесс аутофагии выглядит приблизительно так же.

Аутофагия (в переводе с греческого языка ‘самопоедание’) - это процесс утилизации органелл и макромолекул в клеточных компартментах, образующихся при слиянии аутофагосом с лизосомами. В ходе аутофагии клетка адаптируется к тяжелым условиям. Когда недостаточен приток питательных веществ извне, клетка жертвует частью собственных макромолекул и органелл, чтобы получить элементы (мономеры), из которых могут быть синтезированы новые белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы, и существовать дальше. Процесс аутофагии важен для удаления из клетки поврежденных компонентов, например белковых агрегатов. В ходе этого процесса в клеточной цитоплазме поврежденные макромолекулы и органеллы попадают в специализированный компартмент, в котором расщепляются до малых молекул. Эти мономеры могут стать строительными блоками для образования новых биополимеров и органелл в случае голодания и недостатка энергии.

Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях. Однако чрезмерная аутофагия может приводить к клеточной смерти. В настоящее время аутофагия рассматривается как один из видов программируемой клеточной смерти наряду с апоптозом и некроптозом.

История исследований и Нобелевская премия 2016

Термин «аутофагия» для способа доставки цитоплазматического материала клетки в лизосомы с целью последующей деградации ввел в 1963 году бельгийский биохимик Кристиан де Дюв, первооткрыватель лизосом. Лизосомы - это клеточные органеллы, содержащие множество гидролитических ферментов, работающих в кислой среде. Впоследствии было обнаружено, что в процессе аутофагии в цитоплазме сначала образуются аутофагосомы - пузырьки, окруженные двухслойной мембраной, содержащие часть цитоплазмы и клеточные органеллы (митохондрии, рибосомы, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Аутофагосомы далее сливаются с лизосомами, в образовавшихся при этом аутолизосомах происходит деградация макромолекул и органелл в результате действия лизосомных ферментов - гидролаз. Де Дюв получил Нобелевскую премию в 1974 году «за открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки».

Лауреат Нобелевской премии 2016 года Ёсинори Осуми начал исследование аутофагии в дрожжевых клетках и с помощью генетического подхода обнаружил полтора десятка генов, инактивация которых приводила к дефектам в образовании аутофагосом. Эти гены были клонированы и секвенированы. Исследование функционирования белковых продуктов этих генов привело в дальнейшем к выяснению молекулярных механизмов индукции, протекания и регуляции аутофагии. Эти гены по современной номенклатуре называются ATG (Autophagy-related Genes ). В настоящее время открыто уже более тридцати генов ATG. Осуми показал, что аутофагия - это действительно запрограммированный процесс, то есть процесс, который кодируется в геноме. Если мутировать или отключить важные для аутофагии гены, то аутофагии происходить не будет.

// Yoshinori_Osumi_201511

Между гомологичными генами дрожжей и млекопитающих есть существенное сходство. Белковые продукты этих генов отличаются небольшим количеством аминокислотных замен. Если какой-то ген у дрожжей отвечает за аутофагию, то, скорее всего, похожий ген у животных и человека будет выполнять подобные функции. Генетику аутофагии было проще исследовать в дрожжевых клетках. Но параллельно с изучением механизмов аутофагии у дрожжей в лаборатории, возглавляемой Ёсинори Осуми, были обнаружены гомологи ряда дрожжевых генов ATG в клетках млекопитающих. Исследование функционирования белков млекопитающих, кодируемых этими генами, показало, что молекулярные механизмы аутофагии высококонсервативны у эукариот, то есть мало отличаются у таких эволюционно далеких организмов, как дрожжи и человек.

В лаборатории Ёсинори Осуми при изучении белка LC3 млекопитающих, гомолога дрожжевого белка ATG8, были обнаружены процессированная (укороченная) и липидированная формы белка - LC3-I и LC3-II соответственно. Эти формы в настоящее время стали популярными маркерами аутофагосом и индикаторами аутофагии. Далее была создана трансгенная мышь, экспрессирующая рекомбинантный белок, состоящий из LC3 и зеленого флуоресцирующего белка GFP. Это позволило легко визуализовать аутофагию с помощью флуоресцентной микроскопии и изучить кинетику и интенсивность аутофагии в разных органах мыши при голодании. В лаборатории Ёсинори Осуми была также впервые создана мышь с нокаутированным ATG геном. Гомозиготные мышата с нокаутированным ATG5 рождались нормально, но погибали в течение 24 часов после рождения. Это показало, что аутофагия существенна для неонатального развития у млекопитающих. Созданные в лаборатории Ёсинори Осуми трансгенные по GFP-LC3 и одновременно нокаутированные по ATG5 мыши успешно используются мировым научным сообществом для изучения физиологического значения аутофагии у млекопитающих. Ёсинори Осуми также принял участие в идентификации гомологов генов ATG у высших растений и в демонстрации их участия в аутофагии, что еще раз подтвердило консервативную и фундаментальную роль аутофагии у эукариот.

Типы и механизмы аутофагии

Существует три типа аутофагии: макроаутофагия, микроаутофагия и шаперон-зависимая аутофагия. При микроаутофагии мембрана лизосомы образует впадину, в которую попадает часть цитоплазмы, а затем эта впадина замыкается, образовавшийся пузырек транспортируется внутрь лизосомы, где происходит деградация его содержимого. При шаперон-зависимой аутофагии комплексы дефектных белков с шаперонами попадают в лизосомы при участии специфических мембранных рецепторов.

Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за исследования макроаутофагии, которую обычно называют просто аутофагией. Под действием сигналов, инициирующих макроаутофагию, образуется так называемый фагофор, который состоит из липидной мембраны и ряда белков, кодируемых генами ATG или гомологами генов ATG. С помощью сложной системы регуляции к фагофору привлекаются новые ATG-белки, собираются мультикомпонентные комплексы, мембрана растет, и образуется незамкнутая структура, по форме напоминающая шапочку, которая окружает часть цитоплазмы (см. рисунок). Затем двухслойная мембрана замыкается, и внутри получившегося пузырька, называемого аутофагосомой, оказываются макромолекулы и органеллы (рибосомы, митохондрии, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Образовавшаяся аутофагосома сливается с лизосомой и образует аутофаголизосому, внутри которой происходит деградация макромолекул и органелл. В этом процессе участвуют белковые продукты более 30 генов ATG, существенная часть которых была открыта в работах Ёсинори Осуми.

Аутофагия и клеточная смерть

Аутофагия считается одним из видов программируемой клеточной смерти, но сведения о смерти от аутофагии достаточно противоречивы. Есть многочисленные данные о том, что аутофагия играет защитную функцию при неблагоприятных условиях, то есть пытается спасти клетку от смерти. При этом полагают, что чрезмерная аутофагия может привести к клеточной смерти. Однако не всегда исследователи различают смерть, которая сопровождается аутофагией, и смерть, для которой аутофагия является причиной.

Международное сообщество выработало три критерия аутофагической клеточной смерти. Во-первых, клеточная смерть должна происходить без признаков апоптоза, основного вида программируемой клеточной смерти. Не должно быть активации каспаз, конденсации хроматина, характерной фрагментации ДНК. Во-вторых, должна усиливаться аутофагия, то есть должно повышаться количество аутофагосом и аутолизисом, уровень аутофагических маркеров (процессинг LC3, например). И, наконец, третий критерий состоит в том, что мутирование генов, которые необходимы для аутофагии, или подавление ATG-белков с помощью фармакологических ингибиторов должно предотвращать клеточную смерть. Эти три критерия необходимы для того, что мы называем истинной смертью от аутофагии. В реальности смерть клеток часто сопровождается аутофагией, но таких случаев, где было бы доказано, что аутофагия является настоящей причиной смерти, очень мало.

Значение аутофагии для медицины

Аутофагия играет важную роль при ряде заболеваний, включая канцерогенез и нейродегенеративные болезни. Роль аутофагии в канцерогенезе противоречива. С одной стороны, процесс аутофагии способствует выживанию опухолевых клеток, выступая промотором формирования опухолей. С другой стороны, существует достаточно доказательств, что аутофагия может стать супрессором развития новообразований. По-видимому, аутофагия играет супрессорную роль в развитии опухолей на ранних стадиях клеточной трансформации, а для уже сформировавшихся опухолей аутофагия выполняет защитную функцию, придавая ее клеткам устойчивость к химиотерапии, что приводит в конечном итоге к быстрой прогрессии заболевания.

В настоящее время активно идут клинические исследования ингибиторов аутофагии, использование которых в терапии злокачественных новообразований представляется перспективным. Но надо учитывать, что эти ингибиторы могут быть эффективны на одной стадии рака и работать в противоположном направлении на другой стадии. Понимание молекулярных механизмов активации и ингибирования аутофагии, а также механизмов ее регуляции может послужить основой для разработки новых лекарственных препаратов и повышения эффективности методов лечения злокачественных новообразований.

С помощью аутофагии клетка избавляется от дефектных белков и органелл. Особенно это актуально для неделящихся долгоживущих клеток, таких как нервные клетки. При нейродегенеративных заболеваниях в нейронах накапливаются агрегаты неправильно свернутых белков, например бета-амилоида при болезни Альцгеймера и альфа-синуклеина при болезни Паркинсона. Для правильной работы аппарата аутофагии необходим баланс между образованием аутофагосом и их деградацией в лизосомах. Нарушение этого баланса приводит к гибели нервных клеток. Показано, что повышенная аккумуляция аутофагосом в нейронах ассоциирована с нейродегенеративными заболеваниями (болезнями Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона). К этим же заболеваниям приводят мутации ATG-генов. Таким образом, выяснение механизмов регуляции аутофагии необходимо для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями.

Дальнейшие исследования, открытые вопросы

Как в любой области молекулярной и клеточной биологии, в исследованиях аутофагии существует много вопросов, на которые пока ответ не дан. На самом деле механизмы аутофагии поняты не полностью. Необходимы исследования, направленные на изучение регуляции аутофагии. В будущем, наверное, будут открыты новые молекулы, которые регулируют этот процесс. Ученые разработают лекарства, которые ингибируют аутофагию или, наоборот, ее усиливают, и исследуют, насколько эти лекарства важны для лечения различных болезней. Знание молекулярных механизмов, как правило, открывает возможности для прикладных работ.