Lääketieteen Nobel-palkinto 2016 Yoshinori Ohsumille hänen autofagian mekanismeja koskevista löydöistään. Yoshinori Ohsumi 1945 Syntymäpaikka Fukuoka, Japani 2009 Professori, Tokyo Institute of Technology
Esityksen sisältö Mitä on autofagia? Autofagian merkitys soluille ja yksilöille Yoshinori Ohsumin tutkimus Oman ryhmäni tutkimusaihe
Lysosomi on solun kierrätyskeskus 2. Materiaalin pilkkominen entsyymien avulla 1. Materiaalin toimitus solun sisältä tai solun ulkopuolelta 3. Ravinteita ja rakennusaineita solulle
Autofagia on solunsisäinen kierrätysreitti Terveitä mitokondrioita Solukalvo Tuma Lysosomeja Viallinen mitokondrio joutuu autofagosomiin, joka kuljettaa sen lysosomiin hajotettavaksi.
Elektronimikroskooppikuva autofagosomista 400 nm = 0,4 mm 1 mm = 0,001 mm itokondrio
Autofagian tehtäviä solussa ja yksilössä Kuva: Linda Salzman Sagan, GNU Free Documentation License Yksilö Hidastaa ikääntymistä Pitää kantasolut kantasoluina Auttaa synnynnäistä ja hankittua immuunipuolustusta Estää solujen muuttumista syöpäsoluiksi Autofagia Solu Tarpeettomien, viallisten ja haitallisten osien kierrätys Ravinto- ja rakennusaineiden vapauttaminen solulle Solun sisään päässeiden mikrobien hajotus Kuva: CC0 Public Domain
Autofagian kierrätystehtävä on erityisen tärkeää erilaistuneissa soluissa, jotka eivät jakaannu: - Hermosolut eli neuronit - Lihassolut, sydänlihassolut
Autofagian kokeellinen vähentäminen: Lisää syöpäkasvainten esiintymistä Lisää hermosolujen rappeutumista aivoissa Autofagian kokeellinen lisääminen: Ehkäisee diabeteksen syntyä Parantaa liikuntakykyä ikääntyneillä eläimillä
Autofagia pidentää ikää Autofagian estäminen esim. geenejä inaktivoimalla lyhentää elinikää. Autofagian lisääminen jatkaa elinikää. Ravinteiden määrää säätelee autofagian määrää: kun ravinteita saadaan vähän, autofagia lisääntyy.
Ruuassa saatujen kalorien vaikutus elinikään hiirillä Prosenttia hiiristä elossa Ruokaa tarjolla vapaasti 25 kk 39 kk 40% vähemmän kaloreita ruuassa Aika viikkoina Kuva: Merchen ym. 2014: Aging Cell 13:193-96
Yhteenveto: Autofagia pidentää ikää ja estää ikääntymiseen liittyviä sairauksia. Ravinnon kaloripitoisuus korreloi elinikään käänteisesti. Kun kaloreita saadaan vähemmän, elinikä pitenee. Autofagia on yksi solutason mekanismeista, joihin tämä perustuu.
Autofagia Solutaso -Tasapaino ravinnetilanteen vaihdellessa -Haitallisten soluelinten ja paakkuuntuvien proteiinien poistaminen Yksilötaso -Vähemmän kasvaimia -Hermosolujen toiminta paranee -Vähemmän tulehduksia -Rasvojen aineenvaihdunta paranee Pitkäikäisyys Madeo ym. 2015, J Clin Invest 125:85 93
Autofagia ja hermosolut Monissa hermoston rappeumataudeissa hermosoluihin kertyy paakkuuntuvia proteiineja, ja usein myös viallisia mitokondrioita. Tällaisia tauteja ovat esim. Parkinsonin tauti, Alzheimerin tauti ja Huntingtonin tauti. Autofagia on yksi pääreitti, jolla solut hajottavat paakkuuntuvia proteiineja ja viallisia mitokondrioita. Autofagian osuutta hermoston rappeumataudeissa tutkitaan tällä hetkellä paljon käyttäen erilaisia eläinmalleja.
Parkinsonin tauti Monet Parkinsonin taudin riskigeenit koodaavat autofagiareitillä tai lysosomeissa toimivia proteiineja. Kuva: Gan-Or ym. Autophagy 2015, 11:1443-57
Parkinsonin tauti - Hermosoluihin kertyy paakkuuntuvaa synykleiinia - Laboratoriokokeissa paakkuuntuvan synukleiini-proteiinin määrää on onnistuttu alentamaan lisäämällä autofagian aktiivisuutta. - Autofagian aktiivisuuden lisääminen eläinmallissa vähensi hermosolujen kuolemaa ja auttoi oireisiin. - Hoidon ajoitus on ratkaisevaa: vain varhain aloitettu hoito auttaa.
Paljon lisätutkimuksia tarvitaan. Vielä ei tiedetä voiko autofagian aktiivisuuden lisääminen auttaa hermoston rappeumataudeista kärsiviä potilaita.
Danonin tauti: mutaatio lamp2-geenissä - Harvinainen, perinnöllinen sydänlihaksen tauti - Aiheuttaa sydänlihaksen suurenemista ja heikentymistä - LAMP2 on lysosomin kalvon proteiini.
Kuvat nettisivulta http://www.danondisease.org/id2.html
Danonin tauti: mutaatio lamp2-geenissä Lamp2-geeni sijaitsee X-kromosomissa Miehellä on vain yksi X-kromosomi, naisella niitä on kaksi Mies: XY -> lamp2-mutaation periminen äidiltä X-kromosomissa riittää aiheuttamaan Danonin taudin Nainen: XX -> lamp2-mutaation periminen vain toiseen X-kromosomiin toiselta vanhemmalta aiheuttaa lievemmät oireet
Danonin tauti - LAMP2 on lysosomin kalvon proteiini - Sydänlihassoluihin kertyy autolysosomeja - Autofagiareitin hajotus pysähtyy loppuvaiheessaa
Lääketieteen Nobel-palkinto 2016 Yoshinori Ohsumille hänen autofagian mekanismeja koskevista löydöistään.
Yoshinori Ohsumin haastattelu joulukuussa 2012: - Kaikki tutkimuslöytöni saivat alkunsa mikroskoopin ääressä. Panen kaikki laboratoriooni tulevat opiskelijat työskentelemään mikroskoopin kanssa. - Useimpiin elämän luonnetta koskeviin peruskysymyksiin voidaan vastata hiivojen avulla. - Haluan jatkaa autofagian tutkimusta molekyylitasolla, selvittääkseni sen mekanismit perin pohjin. Tämä on missioni.
Ohsumin käyttämä malliorganismi on leivinhiiva Valomikroskooppikuva
Elektronimikroskooppikuva hiivasolusta Soluseinä Tuma Vakuoli (lysosomi) 1 mm
Autofagiareitti kuvattiin nisäkässoluissa jo 1960-luvulla, kun elektronimikroskoopit kehitettiin. Autofagiassa toimivia proteiineja ei kuitenkaan tunnettu, joten sen tutkiminen oli hidasta ja hankalaa. Ashford TP, Porter KR. Cytoplasmic components in hepatic cell lysosomes. J Cell Biol 1962; 12:198-202.
Ohsumi osoitti, että autofagiareitti toimii myös leivinhiivassa Kokeissa käytettiin hiivakantaa, jonka lysosomaalinen hajotus oli hidastunut. Kuva: Takeshige ym. J Cell Biol 1992, 119:301-11
Ohsumi osoitti, että autofagiareitti toimii myös leivinhiivassa Ravinteikas viljelyliuos Viljelyliuos, josta puuttuu typpilähde Kuvat: Takeshige ym. J Cell Biol 1992, 119:301-11
Ohsumi seuloi hiivamutantteja, joiden lysosomeihin ei kertynyt autofagisia rakenteita typpipaaston aikana Nomaali hiiva Mutanttihiiva - Seulonnassa löydettiin 15 erilaista mutanttikantaa. - Näistä kannoista tunnistettin ensimmäiset 15 autofagiaa säätelevää geeniä ja proteiinia. Kuvat: Tsukada ja Ohsumi 1993, FEBS Lett 333:169-74
Mutanttihiivakannat kuolivat, jos viljelyliuoksesta puuttui typpilähde. Normaali hiiva Autofagiamutantti hiiva Kuvat: Tsukada ja Ohsumi 1993, FEBS Lett 333:169-74
Autofagiatutkimus on lisääntynyt voimakkaasti 2000 luvulla Kuva: Ohsumi Y, Cell Res. 2014 Jan;24(1):9-23.
Ohsumi selvitti myös, miten autofagiaa säätelevät proteiinit toimivat. Autofagiaproteiinit muodostavat komplekseja, työtiimejä. Kompleksit toimivat tietyssä järjestyksessä autofagosomien muodostumisen aikana. Autofagosomeja ei muodostu, jos yksikin näistä proteiineista puuttuu.
Ohsumi selvitti mm. - missä järjestyksessä autofagiaproteiinit osallistuvat autofagosomien muodostumiseen - mihin autofagiaproteiinit paikantuvat hiivasolussa autofagosomin muodostumisen aikana. - miten tietyt autofagioproteiinit sitoutuvat toisiinsa ja toimivat molekyylitasolla
Oman ryhmäni tutkimusaihe: Mistä fagoforin ja autofagosomin kalvo on peräisin? Fagofori Hypoteesi: Fagofori saa kalvomateriaalia muista, sitä lähellä sijaitsevista soluelimistä.
Solujen kaikki kalvot ovat lipidikaksoiskalvoja. Lipidien tutkiminen on hankalaa verrattuna proteiineihin. Fagoforien kalvoissa on hyvin vähän kalvon läpäiseviä proteiineja. Kuva: http://radicaltherapeutix.com/science.html