Типы и механизмы аутофагии
Сейчас различают три типа аутофагии - микроаутофагию, макроаутофагию и шаперон-зависимую аутофагию. При микроаутофагии макромолекулы и обломки клеточных мембран просто захватываются лизосомой. Таким путем клетка может переваривать белки при нехватке энергии или строительного материала (например, при голодании). Но процессы микроаутофагии происходят и при нормальных условиях и в целом неизбирательны. Иногда в ходе микроаутофагии перевариваются и органоиды; так, у дрожжей описана микроаутофагия пероксисом и частичная микроаутофагия ядер, при которой клетка сохраняет жизнеспособность.
При макроаутофагии участок цитоплазмы (часто содержащий какие-либо органоиды) окружается мембранным компартментом, похожим на цистерну эндоплазматической сети. В результате этот участок отделяется от остальной цитоплазмы двумя мембранами. Такие двухмембранные органеллы, окружающие удаляемые органеллы и цитоплазму , называются аутофагосомы. Аутофагосомы соединяются с лизосомами , образуя аутофаголизосомы, в которых органеллы и остальное содержимое аутофагосом перевариваются.
Видимо, макроаутофагия также неизбирательна, хотя часто подчеркивается, что с помощью нее клетка может избавляться от «отслуживших свой срок» органоидов (митохондрий. рибосом и др.).
Третий тип аутофагии - шаперон-опосредованная. При этом способе происходит направленный транспорт частично денатурировавших белков из цитоплазмы сквозь мембрану лизосомы в ее полость, где они перевариваются. Этот тип аутофагии, описанный только для млекопитающих, индуцируется стрессом. Она происходит при участии цитоплазматических белков-шаперонов семейства hsc-70, вспомогательных белков и LAMP-2, который служит мембранным рецептором комплекса шаперона и белка, подлежащего транспорту в лизосому.
При аутофагическом типе клеточной гибели перевариваются все органеллы клетки, оставляя лишь клеточный дебрис, поглощаемый макрофагами .
Регуляция аутофагии
Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях. Основными стимулами к усилению процессов аутофагии в клетках могут служить
- нехватка питательных веществ
- наличие в цитоплазме повреждённых органелл
- наличие в цитоплазме частично денатурировавших белков и их агрегатов
Кроме голодания, аутофагия может индуцироваться окислительным или токсическим стрессом.
В настоящее время на дрожжах детально изучаются генетические механизмы, регулирующие аутофагию. Так, для образования аутофагосом необходима активность многочисленных белков Atg-семейства (autophagosome-related proteins). Гомологи этих белков найдены у млекопитающих (в том числе и человека) и растений.
Значение аутофагии при нормальных и патологических процессах
Аутофагия - один из способов избавления клеток от ненужных органелл, а также и организма от ненужных клеток.
Особенно важна аутофагия в процессе эмбриогенеза , при так называемой самопрограммируемой клеточной гибели. Сейчас этот вариант аутофагии чаще называют каспаза-независимым апоптозом . Если эти процессы нарушаются, а разрушенные клетки не удаляются, то эмбрион чаще всего становится нежизнеспособным.
Иногда благодаря аутофагии клетка может восполнить недостаток питательных веществ и энергии и вернуться к нормальной жизнедеятельности. Напротив, в случае интенсификации процессов аутофагии клетки разрушаются, а их место во многих случаях занимает соединительная ткань . Подобные нарушения являются одной из причин развития сердечной недостаточности .
Нарушения в процессе аутофагии могут приводить к воспалительным процессам, если части мёртвых клеток не удаляются.
Особенно большую (хотя и не до конца понятную) роль нарушения аутофагии играют в развитии миопатий и нейродегенеративных болезней. Так, при болезни Альцгеймера в отростках нейронов пораженных участков мозга наблюдается накопление незрелых аутофагосом, которые не транспортируются к телу клетки и не сливаются с лизосомами. Мутантные хантингтин и альфа-синуклеин - белки, накопление которых в нейронах вызывает, соответственно, болезнь Хантингтона и болезнь Паркинсона - поглощаются и перевариваются при шаперон-зависимой аутофагии, и активация этого процесса предотвращает образование их агрегатов в нейронах.
См. также
Литература
- Huang J, Klionsky D.J. Autophagy and human disease. Cell Cycle. 2007 Aug 1;6(15):1837-1849
- Takahiro Shintani and Daniel J. Klionsky/Review/ Autophagy in Health and Disease: A Double-Edged Sword/Science, 2004, Vol. 306, no. 5698, pp. 990-995
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Аутофагия" в других словарях:
- (ауто + греч. phagein есть) процесс разрушения частей клеток или целых клеток лизосомами данных или других клеток, напр. при инволюции матки после родов … Большой медицинский словарь
Схема, показывающая цитоплазму, вместе с ее компонентами (или органеллами), в типичной животной клетке. Органеллы: (1) Ядрышко (2) Ядро (3) … Википедия
Лизосома (от греч. λύσις растворяю и sōma тело) клеточный органоид размером 0,2 0,4 мкм, один из видов везикул. Эти одномембранные органоиды часть вакуома (эндомембранной системы клетки). Разные виды лизосом могут рассматриваться как отдельные… … Википедия
- (от греч. lýsis распад, разложение и soma тело) структуры в клетках животных и раститеьных организмов, содержащие ферменты (около 40), способные расщеплять (лизировать) белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды (отсюда название).… … Большая советская энциклопедия
- … Википедия
Андреа Соларио. Мадонна с зелёной подушкой (около 1507, Лувр). Грудное, или естественное вскармливание форма питания новорождённого человек … Википедия
Министерство здравоохранения ЛНР ГУ ЛНР «Луганский Государственный Медицинский Университет им.Святителя Луки» Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии Зав.каф. д.м.н.,проф. Кащенко Светлана Аркадьевна Тема: «Клеточная гибель: аутофагия и ее роль в канцерогенезе» Подготовил: Шилов М.А. студент стоматологического факультета ll к. 46 группы Научный руководитель: к.м.н., доц. Кувенёва О.Н. Луганск 2018
Лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2016 году стал Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi) "За открытие механизмов аутофагии".
1. Микроаутофагия – макромолекулы и фрагменты мембраны попадают в лизосому путем инвагинации ее мембраны. 2. Макроаутофагия - образование аутофагосом, которые соединяются с лизосомами с образованием аутофаголизосом. Макроаутофагия контролируется специфическими генами Atg (autophagy-related gene) и вовлечена в процесс деградации митохондрий, эндоплазматического ретикулума, пероксисом, рибосом, а также различных белков, липидов и РНК. 3. Шаперон-зависимая аутофагия – направленный транспорт денатурировавших белков в лизосомы для деградации, происходит с помощью белков-шаперонов Hsp70 и белков LAMP-2 (lysosome- associated membrane protein type 2A).
Существует три основных пути регуляции аутофагии: сигнальный путь PI3K класса I (активируется в ответ на ростовые факторы) сигнальный путь PI3K класса III (регулируется количеством аминокислот в клетке) сигнальный путь LKB1/AMPK, который чувствителен к уровню АТФ. Одним из основных компонентов перечисленных выше сигнальных путей служит киназа mTOR.
Аутофагия: процесс лизосомальной деградация цитоплазматического материала Виды: Микроаутофагия, Макроаутофагия, Шаперон-зависимая аутофагия Стадии: Инициация, Элонгация, Формирование аутофагосомы,Формирование аутолизосомы Роль аутофагии в канцерогенезе: очень важна т.к она может выступать как промотором формирования опухолей так и супрессором.
2 Лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2016 году стал японский клеточный биолог Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi) "За открытие механизмов аутофагии". 3 Интенсивные исследования последних 30 лет в клеточной биологии, иммунологии и медицине привели к открытию различных типов клеточной гибели, регулируемых с помощью как общих, так и специфических сигнальных путей и реализующихся под воздействием различных факторов. Согласно последней классификации, опубликованной в 2012 г., выделяют 12 видов клеточной гибели (4 основных и 8 дополнительных). К наиболее распространенным видам клеточной гибели относятся апоптоз, аутофагия, кератинизация и некроз. Среди нетипичных описаны аноикис, пара птоз, пироптоз, паранекроз, энтоз, валлеровское перерождение (вторичная дегенерация нервных волокон), нетоз, Митотическая катастрофа. Основные Апопто́з (др.-греч. πόπτωσις листопад) регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной Кератинизация Ороговение специфический тип клеточной гибели, который происходит в эпидермисе Некроз-это процесс клеточный гибели, связанный с нарушением целостности плазматической мембраны, деградацией органелл, набуханием и вакуолизацией клетки, конденсацией и неспецифической деградацией ДНК. Аутофагия - это процесс утилизации клеточных органелл и макромолекул, необходимый для рециклирования собственного клеточного материала, для дифференцировки, развития и поддержания гомеостаза организма. Дополнительные Аноики́с частный случай клеточной гибели путём апоптоза, которая наступает в ответ на неправильную адгезию клеток (связь с внеклеточным матриксом) или её утрату.клеточнойапоптозаадгезию клетоквнеклеточным матриксом Параптоз-Программируемая клеточная гибель характеризуется значительной степенью вакуолизации цитоплазмы и набуханием митохондрий. Пиропто́з вид программируемой некротической гибели клетки, при котором в результате активации каспазы 1 происходит нарушение целостности плазматической мембраны и быстрое высвобождение наружу содержимого клетки.программируемойнекротическойклеткикаспазы 1 плазматической мембраны паранекроз Неспецифические изменения в клетке под действием какого либо повреждающего фактора. паранекроз Клеточный каннибализм (КК) - это явление, при котором одна клетка внедряется в другую клетку, в результате чего образуются структуры клетка-в-клетке. Частный случай КК – энтоз (лимфобласты) Валлеровское перерождение -дистрофия и распад нервных волокон, возникающие при поражении клеточных тел нейронов или при пересечении нерва и обусловленные выпадением трофического влияния нейронов. Нетоз это процесс программируемой клеточной гибели, сопровождающийся выбросом нейтрофилом внеклеточной нейтрофильной ловушки.программируемой клеточной гибелинейтрофилом Митотическая катастрофа – это гибель клетки в результате грубых нарушений митоза, таких как отставание хромосом в мета- и анафазе, К-митозы и др.
4 Клетка считается мертвой, когда происходит одно из следующих событий: -клетка потеряла целостность плазматической мембраны; -клетка, включая ядро, подверглась фрагментации на дискретные тела; -мертвая клетка или ее фрагменты поглощены соседними клетками (in vitro). 5 При апоптозе происходит фрагментация на апоптические тельца, а при аутофагии нет. 6 Аутофагия (от греч. αυτος «само» и φαγειν «есть»: самопоедание) - клеточный механизм утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки. 7Аутофагия выполняет несколько важных функций: 1. получение питательных веществ при голодании 2. поддержка клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета 3. избавление от поврежденных органелл 8Стимулы к запуску аутофагии: 1. отсутствие факторов роста или недостаточность нутриентов 2. наличие поврежденных органелл (митохондрий, пероксисом) 3. окислительный или токсический стресс 9Признаки аутофагии Частичная конденсация хроматина Пикноз ядра Отсутствие фрагментации ядра и клетки на поздних стадиях гибели Увеличение числа аутофагосом и аутофаголизосом Увеличение лизосом ной активности Увеличение аппарата Гольджи
10Типы аутофагии Микроаутофагия – макромолекулы и фрагменты мембраны попадают в лизосому путем инвагинации ее мембраны.(перевар белков) Макроаутофагия - образование аутофагосом, которые соединяются с лизосомами с образованием аутофаголизосом. Макроаутофагия контролируется специфическими генами Atg (autophagy-related gene) и вовлечена в процесс деградации митохондрий, эндоплазматического ретикулума, пероксисом, рибосом, а также различных белков, липидов и РНК. Шаперон-зависимая аутофагия – направленный транспорт денатурировавших белков в лизосомы для деградации, происходит с помощью белков-шаперонов Hsp70 и белков LAMP-2 (lysosome-associated membrane protein type 2A). 11Типы аутофагии сразу 12 Стадии аутофагии 1. Инициация 2. Элонгация 3. Формирование аутофагосомы 4. Формирование аутолизосомы
13Идентифицировано более 30 различных генов и белков, вовлеченных в этот процесс. Инициаторный комплекс служит ядром (основой) для начала сборки ауто-фагосомной мембраны de novo. Он состоит из Beclin-1, белков семейства Bcl-2, Vps (vacuolar protein sorting) ки-назы-34 и Atg14L. В дальнейшем росте мембраны принимает участие большое количество белков, однако главная роль в этом процессе отводится двум убиквитиноподобным конъюгирующим системам. Убиквитиноподобный белок Atg12 конъюгирует с Atg5 с помощью Atg7 и Atg10. Образующийся в результате комплекс Atg5–Atg12 взаимодействует c Atg16L1 и после этого принимает участие в элонгации аутофагосомальной мембраны. Для второй конъюгирующей системы необходимо присутствие белка LC3I (protein 1 light chain 3). Далее происходит расщепление LC3I с помощью протеазы Atg4B до LC3II, который после конъюгации с PE (фосфатидилэтаноламин) превращается в аутофагосомальный мембраносвязанный белок, непосредственно принимающий участие в формировании мембраны. После сборки мембраны белки, участвовавшие в этом процессе, покидают ее все, кроме LC3II. Для удаления трансмембранного Atg9 привлекается Atg2 и Atg18. Механизмы докинга (стыковки) и слияния аутофагосомы с аутолизосомой аналогичны тем, которые происходят при слиянии других везикул. В этих процессах участвуют белки SNARE (Vam3, Vam7, Vti1 и Ykt6) и их гомологи.В деградации внутренней мембраны (на-ружная сливается с аутолизосомой) участвуют протеи-наза B и липаза Atg15. 14Регуляция аутофагии Существует три основных пути регуляции аутофагии: сигнальный путь PI3K(Фосфоинозитид-3-киназа) класса I (активируется в ответ на ростовые факторы) сигнальный путь PI3K(Фосфоинозитид-3-киназа) класса III (регулируется количеством аминокислот в клетке) сигнальный путь LKB1/AMPK,(Киназа B1 (LKB1) это белок, которая контролирует рост клеток и метаболизм в тканях амф-активируемая протеинкиназа) который чувствителен к уровню АТФ. Одним из основных компонентов перечисленных выше сигнальных путей служит киназа mTOR. 15 сразу далее
16 Кроме того, аутофагия важный участник процессов дифференцировки и трансформации клеток старение, канцерогенезе, эмбриогенез, метаболизме, иммунном ответе, кардиомиопатии, голодании, гемопоэзе и т.д 17Роль аутофагии в канцерогенезе(Канцерогене́з (лат. cancerogenesis; cancer рак + др.-греч. γένεσις зарождение, развитие) сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли Известно, что важнейшее свойство неопластических клеток подавление в них апоптоза. Уход от апоптоза резко повышает жизнеспособность неопластической клетки, делает ее менее чувствительной к факторам противоопухолевого иммунитета и терапевтическим воздействиям. Для опухолевых клеток характерны генетические изменения, ведущие к ослаблению различных путей индукции апоптоза. Роль аутофагии в канцерогенезе установлена и подтверждена. Однако нельзя не отметить противоречивость литературных данных о ее роли в неопластической транс- формации. С одной стороны, процесс аутофагии должен способствовать развитию и выживанию опухолевых клеток, избавляя их от ненужных молекул, таким образом выступая промотором формирования опухолей. С другой стороны, существует достаточно доказательств, что аутофагия может стать супрессором развития новооб разований. Например, экспрессия экзогенного Beclin-1 (один из главных регуляторов молекулярных механизмов аутофагии) снижает пролиферативную способность опухолевых клеток in vitro, а также их канцерогенный потенциал in vivo. Еще одним доказательством супрессорной функции аутофагии может служить тот факт, что гетерозиготные мыши, у которых инактивирован один аллель гена Beclin1, склонны к спонтанному развитию опухолей, например аденокарциномы легкого и печени. Следует отметить, что аутофагия важна не только на стадии трансформации клеток, но и в процессах опухолевой прогрессии, а именно при инвазии и метастазировании. Возможные механизмы влияния аутофагии на процессы канцерогенеза представлены на рис. 6. Во-первых, ряд проведенных исследований показал, что подавление аутофагии приводит к накоплению в клетке поврежденных митохондрий и белковых агрегатов. Это влечет за собой каскад событий, таких как окислительный стресс, повреждение ДНК и геномная нестабильность, что в конечном итоге способствует трансформации клеток в опухолевые. Второй потенциальный механизм участия аутофагии в канцерогенезе основан на том, что в случае блокирования в опухолевых клетках апоптоза подавление аутофагии вызывает гибель клеток путем некроза. Это приводит к развитию очага воспаления, при влечению различных клеток, например макрофагов, что способствует формированию и росту солидной опухоли. Недавние исследования показали, что аутофагия также нужна для онкогениндуцируемого старения. Старение представляется стадией безвозвратной остановки клеточного цикла, ограничивающей процесс деления поврежденной клетки. Показано, что аутофагия активируется в процессе старения, вызванного онкоге нами и повреждениями ДНК, что препятствует клеточной трансформации и подтверждает супрессорную функцию аутофагии в канцерогенезе. Кроме того, необходимо отметить и промоторную функцию аутофагии в канцерогенезе. В отличие от нормальных опухолевые клетки испытывают большую потребность в питательных веществах и кислороде ввиду их неограниченной пролиферации. В отсутствие необходимых веществ в них возникает гипоксия и метаболический стресс, что особенно характерно для слабо васкуляризованных солидных опухолей. Таким образом, в клетках, находящихся внутри опухоли, наблюдается усиление аутофагии по сравнению с поверхностными, что помогает им избежать гибели. Кроме того, про- мотирующий эффект аутофагии имеет место на поздних стадиях опухолевой прогрессии при инвазии и метастазировании. Например, при откреплении эпителиальной клетки от внеклеточного матрикса активируется процесс аутофагии, помогающий клетке избежать аноикиса, что служит необходимым условием для распространения за пределы первичного очага. Аутофагия играет немало- важную роль в защите опухолевых клеток от химиоте- рапии, помогая им уходить от апоптоза, что в ряде случаев способствует прогрессии заболевания.
18Выводы: Аутофагия: процесс лизосомальной деградация цитоплазматического материала Бывает: Микроаутофагия, Макроаутофагия, Шаперон-зависимая аутофагия Стадии: Инициация, Элонгация, Формирование аутофагосомы, Формирование аутолизосом Роль аутофагии в канцерогенезе: очень важна т.к она может выступать как промотором формирования опухолей так и супрессором.
Хотя есть много различных способов, чтобы помочь вашему организму избавиться от накопленных токсинов, начиная от продуктов, способствующих детоксикации, и химических и/или натуральных детокс-агентов для саун, биологический процесс, известный как аутофагия играет ключевую роль. Термин аутофагия означает “самопоедание” и относится к процессам, с помощью которых ваше тело очищается от различного мусора, в том числе от токсинов и регенерирует поврежденные клеточные компоненты.
Если попробовать объяснить на понятном для неспециалистов языке:
“Ваши клетки создают оболочки, которые охотятся за кусочками мертвых, больных или изношенных клеток; пожирают их; зачищают их; и используют полученные молекулы
для своей энергии или производства новых клеточных частей
.”
Доктор Колин Чемпион, радиационный онколог и помощник профессора в
Университете Питтсбурга объясняет это таким образом: “Подумать только, наши тела обладают врожденной программой утилизации. Аутофагия делает нас более
эффективными машинами, чтобы избавиться от дефектных частей, остановить раковые новообразования и остановить метаболические нарушения такие, как ожирение и диабет
.”
За счет усиления в вашем организме процесса аутофагии, вы
ослабляете воспаление, замедляете процесс старения и оптимизируете биологические функции. “Больше аутофагии, происходящей в тканях, должно означать меньшее
количество поврежденных и ослабленных клеток в любой момент времени, что в свою очередь должно привести к более продолжительной жизни организма
».
СХЕМАТИЧНАЯ МОДЕЛЬ АУТОФАГИИ
Стимулирование аутофагии с помощью физических
упражнений
Аутофагия возникает в ответ на стресс
. И, на самом
деле, физические упражнения – это один из способов, с помощью которого вы повысите уровень аутофагии. Как вы, наверное, знаете, физическая нагрузка создает мягкое повреждение мышц и тканей, что
заставляет ваш организм потом заняться ремонтом, и тем самым делая ваше тело сильнее. Физические упражнения также помогают избавиться от токсинов путем потоотделения, что полезно для любой
программы детоксикации. На самом деле, многие исследователи считают физическую нагрузку основополагающим аспектом эффективной детоксикации.
Доктор Джордж U., например, который принимал участие в клинических
испытаниях, чтобы помочь организму бывших военнослужащих армии США выйти из состояния пост-военного синдрома войны в Персидском заливе, рекомендует использовать сочетание упражнений,
сауны и добавок с ниацином, чтобы увеличить выведение токсинов через кожу
.
Физические упражнения являются важным компонентом, поскольку они
также вызывают расширение кровеносных сосудов и усиление кровотока. Помимо этого, как отмечается в одной статье: “Группа ученых изучала autophagosomes,
структуры, которые образуются вокруг кусочков клеток, которые организм решил утилизировать. После исследования специально выращенных мышей, которые имели светящиеся зеленые autophagosomes ...
ученые обнаружили, что скорость, с которой мыши были способны разрушать свои собственные клетки, резко возросла после того, как они побегали более 30 минут на беговой дорожке. И эта эффективность
разрушения продолжала расти до тех пор, пока они бегали примерно 80 минут
”.
Сколько физических упражнений нужно делать для
оптимизации аутофагии?
Количество упражнений, необходимых для стимуляции аутофагии в
организме человека до сих пор неизвестно, однако считается, что интенсивные упражнения более эффективны, чем легкие упражнения,
которые, безусловно, также
полезны.
Тем не менее, некоторые исследования показали, что
идеальной зоной, в которой физические упражнения показывают наибольшую выгоду для увеличения длительности жизни, колеблются от 150 до 450 минут умеренных физических упражнений в
неделю
, что снижает риск ранней смерти на 31% и 39% соответственно. Включение, как минимум, в 30 % тренировки упражнений с высокой интенсивностью, также показало увеличение
продолжительности жизни приблизительно на 13% больше по сравнению с упражнения, которые проводились в стабильно умеренном темпе все время тренировки.
Как можно тормозить
аутофагию
Один из самых быстрых способов затормозить аутофагию - съесть
большое количество белка. Это будет стимулировать выработку инсулиноподобного фактора
роста IGF-1
и активизирует путь mTOR
, которые являются сильными ингибиторами аутофагии.
Именно поэтому лучше ограничить употребление белка примерно 40-70
граммами в сутки
, в зависимости от вашей мышечной массы тела. Лучшая формула - один грамм белка на каждый килограмм мышечной массы тела (не общей массы тела).
Значительное количество белка можно найти в мясе, рыбе, яйца[,
молочных продуктах, бобовых, орехах и семенах. Некоторые овощи также содержат большое количество белка, например, брокколи. Сорок граммов белка - это не большое количество пищи, что составляет
примерно 170 гр. куриной грудки.
Чтобы определить,
получаете ли вы слишком много белковых продуктов, просто определите вес мышц в вашем теле (есть напольные весы с такой функцией) и запишите все, что вы едите в течение нескольких дней. Затем
рассчитайте количество ежедневного белка, потребляемого из всех источников, по отношению к килограмму вашей мышечной массы.
Следующая таблица коротко показывает сколько белка
содержится в различных продуктах питания
.
СОДЕРЖАНИЕ БЕЛКА В НЕКОТОРЫХ ПРОДУКТАХ
Важность митохондриального
биогенеза
Здоровые митохондрии
являются основой сохранения вашего здоровья и профилактики
заболеваний. Митохондриальные повреждения могут вызвать генетические мутации, которые способствуют развитию рака
, поэтому оптимизация здоровья ваших митохондрий, является
ключевым компонентом профилактики рака.
Аутофагия – это один из способов удаления поврежденных митохондрий,
а биогенез – это процесс, посредством которого новые здоровые митохондрии могут быть продублированы.
Интересно, что физические упражнения играют двоякую роль, поскольку
не только стимулируют процессы аутофагии, но также являются одним из самых мощных стимуляторов биогенеза митохондрий. Это происходит за счет увеличения сигнала в вашем теле, называемого AMPK
, который в свою очередь активирует Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC-1α)
.
Стимулируя свои митохондрии - органеллы, находящиеся почти в каждой
клетке, вырабатывающие АТФ, вы позволяете митохондриям начать создавать активные формы кислорода (АФК), которые действуют как сигнальные молекулы. Одна из функций этого сигнала – стимулировать
производство большего числа митохондрий. По сути, ключом к предотвращению болезни, что практически исключает риск развития рака, болезней сердца, диабета, многих других заболеваний и
замедление процессов старения, является оптимизация функций митохондрий и увеличение числа этих митохондрий
. К счастью, физические упражнения помогают вам сделать эти два полезных
дела.
МИТОХОНДРИЯ
Периодическое голодание - еще один способ
повысить уровень аутофагии
Ограничение питания - это другой биологический стрессор, который
производит много полезных результатов, в том числе усиливает аутофагию. На самом деле, известны некоторые преимущества, связанные с ограничением в питании: снижение риска развития диабета и
сердечных заболеваний.
Хотя существует много разных видов графиков голодания, если вы уже
имеете инсулинорезистентность (сопротивление клеток инсулину в поглощении сахара), доктор Меркола (США) рекомендует каждый день планировать свой прием пищи в промежутке (окне) времени около 8
часов или менее. Например, вы можете ограничить свое питание с 11 утра и до 7 вечера. Это составляет примерно 16 часов нахождения без пищи.
Питание между 8-ми часами утра и 4-мя часами вечера может быть
гораздо лучшим графиком для некоторых людей, и этот график имеет дополнительное преимущество, потому что позволяет поститься в течение нескольких часов перед сном. Доктор Меркола убежден, что это
лучший выбор для большинства людей, чтобы не есть за три часа перед сном, так как последнее, что вы должны делать -это производить энергию, когда она вам не нужна.
Существуют убедительные доказательства, показывающие, что при
поставке топлива для ваших митохондрий в то время, когда они не нуждаются в нем, приводит к утечке большого количества электронов, которые высвобождают активные формы кислорода, действуя как
свободные радикалы. Эти свободные радикалы повреждают митохондриальную, и в конечном счете, ядерную ДНК. Необходимо стремиться к голоданию в течение шести часов перед сном, но если
говорить о минимуме, то не стоит есть, по крайней мере, три часа до сна
.
Чтобы повысить уровень аутофагии, необходимо
кушать пищу с высоким содержанием полезных жиров и с низким содержанием углеводов
Пищевой кетогенез
- это третья стратегия, которая
поможет повысить уровень аутофагии, и чтобы достигнуть этого, вы должны сократить количество углеводов, не содержащих полезных пищевых волокон, и увеличить количество здоровых жиров в вашем
рационе, наряду с умеренным количеством белка. Многие россияне, как правило, едят гораздо больше белка, чем им необходимо, что будет противодействовать вашим усилиям попасть в пищевой
кетогенез.
Большинство жителей городов потребляют вредные жиры, в виде
обработанных растительных масел, которые неизменно будут ухудшать ваше здоровье. Это не только связано с очень высоким содержанием Омега-6 жирных кислот, но и с тем, что избыток Омега-6 будет
интегрироваться во внутреннюю митохондриальную мембрану и митохондрии становятся крайне восприимчивы к окислительному повреждению, в результате чего ваши митохондрии могут умереть гораздо раньше,
чем положено.
Лучше держать потребление Омега-6 жирных кислот на уровне от 4 до 5
процентов от общего количества ежедневных калорий, а остальную часть Омега-6 жирных кислот заменить на более здоровые жиры, такие как натуральные, необработанные жиры в семенах, орехах, масле из
оливок, масле из авокадо или кокосовом масле.
Важно также различать углеводы, поэтому, когда мы говорим об
низкоуглеводной пище, то речь идет о всех продуктах, включая и овощи. Однако, углеводы из клетчатки овощей не подтолкнут ваш метаболизм в неправильном направлении. Из этого следует, что под
ограничение попадают легкоусвояемые углеводы из сахара, сладких напитков, обработанных круп (хлопья), макарон, хлеба и печенья.
Еще важнее то, что волокна не расщепляются на сахара, но проходят
вниз по пищеварительной системе, а затем потребляются бактериями в вашем кишечнике, и преобразуются в короткоцепочечные жиры, которые действительно улучшают ваше здоровье. Помните, вам нужны
углеводы, находящиеся в овощах, которые также содержат большое количество клетчатки.
Восстанавливая функции аутофагии, вы помогаете
мышечным стволовым клеткам
Давно известно, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК),
расположенные в скелетных мышцах, являются важной частью процесс ремонта мышц. Предыдущие исследования показали, что физические упражнения влияют на поведение ваших мышечных стволовых клеток, и
могут помочь предотвратить или даже восстановить возрастные потери мышечной массы. МСК в мышцах очень отзывчивы к механическим напряжениям, и эти стволовые клетки накапливаются в мышцах после
тренировок.
А пока МСК, не напрямую, способствуют созданию новых мышечных
волокон, увеличивая выработку факторов роста, которые стимулируют другие клетки для создания новых мышц. Известно также, что у людей с возрастом в мышцах сокращается количество МСК, и, что
снижается эффективность аутофагии. Как следствие, токсические вещества начинают накапливаться в клетках и тканях.
Недавнее испанское исследование сообщает, что сателлитные клетки
для МСК ответственны за регенерацию тканей и полагаются на аутофагию, чтобы предотвратить арест клеточного цикла, известный как клеточное старение; процесс, в котором активность стволовых клеток
значительно снижается. Короче говоря, улучшение регенерации мышечной ткани, может быть достигнуто с помощью роста эффективности и уровня аутофании. С ростом эффективности аутофагии ваши тела
улучшают внутренний механизм самоочищения, когда стволовые клетки сохраняют способность поддерживать и восстанавливать свои ткани.
Ваш образ жизни определяет вашу дальнейшую судьбу в плане
того, как долго вы будете жить и, в конечном счете, сколько здоровых лет будет у вас
. Для оптимального здоровья и профилактики заболеваний, вам необходимы здоровые и эффективные
митохондрии, что позволяет достичь три ключевых фактора образа жизни:
1. То, что вы едите
: диета с высоким содержанием
качественных жиров, умеренным содержанием белка, и низким содержанием углеводов без пищевых волокон. Использование в питании экологических, органических растений тоже важно, так как широко
используемые пестициды, такие как глифосат, вызывают повреждения митохондрий
2. Когда вы едите
: ежедневному периодическому
голоданию, как правило, легче всего придерживаться, но вы можете запланировать и любой другой пост.
3. Физические упражнения
с 30% временным
интервалом высокой интенсивности – наиболее эффективны в плане здоровья и долголетия
Аутофагия - это процесс, с помощью которого эукариотические клетки утилизируют свои внутренние компоненты, «переваривая» их ферментами лизосом. Это непрерывный процесс, поддерживающий баланс между синтезом и деградацией и обеспечивающий необходимые условия для нормального клеточного роста, развития и смерти. В этой статье мы обобщаем понятие аутофагии до общего принципа работы живых систем и предлагаем термин протофагия для обозначения прокариотических процессов, подобных аутофагии.
Аутофагия (от греч. αυτος - «само» и φαγειν - «есть» : самопоедание ) является клеточным механизмом утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки. Такая утилизация выполняет несколько важных функций, в том числе - получение питательных веществ при голодании, поддержку клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета, осуществление апоптоза и т.п. .
Как правило, термин аутофагия применяется для описания внутриклеточных процессов. Однако в определенном смысле ее можно рассматривать и как общий принцип, работающий не только на уровне клеток эукариот, но и в биосистемах других уровней, таких как организм, популяция или даже биосфера в целом. И на всех уровнях организации живого с принципом аутофагии можно соотнести многие известные процессы, - в частности, регуляцию жизнедеятельности бактериальных колоний. Здесь же мы рассмотрим аутофагию в более широком смысле - как процесс поглощения биологической системой своей части для поддержания собственной структуры и жизнедеятельности. Действительно: процессы, аналогичные аутофагии, появляются на разных «этажах» живой материи (см. примеры в таблице 1):
- в эукариотических клетках (как сообществах органелл);
- в организмах (как сообществах клеток и тканей);
- в экосистемах (как сообществах живых организмов), и наконец;
- во всей биосфере (как совокупности экосистем).
Например, на уровне организма одним из проявлений аутофагии является метаболизм подкожного жира, когда организм при голодании потребляет свою часть (жировую ткань) с перераспределением высвобожденной энергии. Другим примером служит апоптоз - регулируемое «самоубийство» клеток, необходимое для правильного развития любого растительного или животного организма .
Аутофагия присутствует и на уровне экосистем. Так же, как эукариотическая клетка постоянно утилизирует старые или дефектные органеллы, в экосистемах одни организмы «поглощаются» и служат источником энергии для других. Такой круговорот энергии и вещества в биосфере известен под термином «трофические цепи», которые можно определить как постоянное перераспределение биологического материала внутри экосистем.
Приведенные выше примеры аналогичны аутофагии в том, что в них для поддержания стабильности целого в жертву приносится часть системы. Так же, как аутофагия требуется эукариотической клетке для поддержания жизнедеятельности во время нехватки питательных веществ, сжигание жира организмом и экосистемные трофические цепи необходимы для адаптации к периодической нехватке энергии и стабилизации энергетического обмена.
Еще одна принципиальная функция процессов, подобных аутофагии, - обновление частей системы с целью поддержания ее стабильности как целого (гомеостаза). Время существования любого дифференцированного сообщества намного больше, нежели время жизни отдельных его частей, - вот тут-то и требуется механизм поддержания стабильности. Стабильность биосистем достигается путем постоянного обновления компонентов через аутофагию. Непрерывная утилизация старых компонентов обновляет биосистему, а также позволяет пополнить энергетические запасы. Этот же принцип используется и на других уровнях: в эукариотической клетке отработавшие свой ресурс органеллы перевариваются лизосомами, уступая место новым. На уровне организма поврежденные клетки элиминируются апоптозом или иммунной системой. В экосистемах отношения хищник–жертва не только поддерживают численность хищных видов, но и регулируют гомеостаз всей экосистемы, очищая ее от слабых и больных животных и предохраняя виды от вырождения.
Аутофагия является распространенным механизмом, используемым на различных уровнях биосферы. Почти любая живая система использует процессы, аналогичные аутофагии, для выживания и саморегуляции. Здесь мы использовали слово «почти» , так как аутофагия до сих пор не была описана у прокариот . Принимая во внимание роль аутофагии во всех других биосистемах, отсутствие ее у прокариот выглядит, по меньшей мере, странным. В этой статье мы попытаемся показать, что прокариоты не являются исключением, и аналог аутофагии у них также присутствует, - но обнаружить его можно лишь, если рассматривать прокариотические сообщества не как единичные клетки, а как мультиклеточные «организмы».
Прокариоты как многоклеточные организмы
На сегодня собрано достаточно данных о том, что в природе прокариоты существуют не в виде изолированных клеток, а в виде сложных микробных сообществ . Впервые эта смелая идея была выдвинуты в 80-х годах ХХ века, а сегодня она подкреплена солидной экспериментальной базой. Природные колонии прокариот имеют аналог эндокринной сигнализации внутри сообщества (например, чувство кворума ), дифференциацию клеток на специализированные подвиды, а также сложные паттерны коллективного поведения (совместная охота, коллективное переваривание добычи, коллективная устойчивость к антибиотикам и т.п.). Аутофагия как характеристика дифференцированных сообществ вполне может стать еще одним пунктом в этом списке.
Если бактериальная колония - это единая биосистема, то элементом ее будет служить единичная бактерия. Аналогично эукариотической органелле, прокариотическая клетка может рассматриваться как простейший элемент бактериального сообщества, окаймленный мембраной (и клеточной стенкой). Такое предположение ведет к интересному выводу: аутофагию нужно искать не внутри бактериальной клетки, а внутри бактериальной колонии. Действительно, «аутофагические» процессы хорошо известны у прокариотических колоний, правда под другими названиями - бактериальный каннибализм, бактериальный альтруизм, аутолиз или запрограммированная клеточная смерть . Бактериальный каннибализм впервые был описан как ответ бактериальной колонии на нехватку питательных веществ (см. врезку). Биологический механизм, запускающий аутофагию в этом случае, обнаружен у многих видов бактерий - это так называемая токсин-антитоксиновая система . Суть ее состоит в том, что при голодании колония лизирует («переваривает») часть своих клеток для того, чтобы остальные бактерии получили достаточно пищи для выживания. Таким образом колония переживает нехватку ресурсов или внешние неблагоприятные условия.
«Аутофагия» у бактерий
Типичные аутофагические модели описаны на молекулярном уровне у многих бактерий. Например, при нехватке пищи часть бактерий в колонии выделяет в окружающую среду токсин. При этом только некоторые из них способны производить молекулу антитоксина - белка, который обезвреживает токсин при его попадании в клетку. Такие клетки выживают и поглощают остальные, погибшие и лизированные под действием токсина. Это дает оставшимся в живых энергию, необходимую для споруляции , . Подобные процессы обнаружены у многих видов бактерий.
Для простоты описания мы введем термин протофагия как собирательный синоним процессов бактериального каннибализма, альтруизма, аутолиза и запрограммированной клеточной смерти . Прокариотическое сообщество представляет собой целостную биосистему, которая в случае необходимости перерабатывает часть себя для поддержания стабильности. При протофагии аутофагосомой (мембранной везикулы с продуктами деградации) служит сама прокариотическая клетка. Протофагия во многом схожа с аутофагией у эукариот (рис. 1):
- оба процесса оперируют «везикулами» аналогичного размера (размер бактерии примерно равен размеру митохондрии или пероксисомы);
- и про-, и аутофагия активируются подобными сигналами (голодание или стресс);
- оба процесса осуществляются по одному и тому же принципу (регулируемое потребление биосистемой своей части);
- оба процесса служат общей цели (выживание биосистемы в условиях стресса и поддержание ее гомеостаза).
Рисунок 1. Принципиальная похожесть протофагии и аутофагии.
Как и эукариотическая аутофагия, протофагия используется не только для получения пищи. Например, протофагия служит патогенным бактериям для инвазии организма-хозяина (рис. 2). Известно, что микрофлора хозяина (симбионты) может эффективно сдерживать рост патогенных микроорганизмов. С целью подавления конкуренции некоторые патогенные бактерии с помощью протофагии активируют антибактериальный иммунный ответ организма-хозяина. Для этого часть патогенной популяции индуцированно самолизируется, высвобождая токсины, что вызывает локальное воспаление. В итоге иммунная система организма уничтожает большу ю часть бактерий-симбионтов, в то время как патогенные бактерии избегают обнаружения и после окончания воспалительной реакции беспрепятственно размножаются в тканях хозяина . Интересно, что в отсутствие симбионтной микрофлоры (например, при экспериментальном заражении специальных линий стерильных мышей) такие патогенные бактерии заселяют кишечник без индукции воспаления. Это говорит о том, что протофагия тут является специфическим механизмом выживания патогенных организмов, который активируется только при неблагоприятных условиях.
Рисунок 2. Аналогичная роль протофагии и аутофагии в активации иммунного ответа.
Что дает нам концепция протофагии
Введенное понятие протофагии интересно не только как голая теория, но может быть полезно и на практике. Например, в биотехнологии сегодня широко используют бактерии, и манипуляция процессами протофагии может подсказать способ поддержания стабильности бактериальной культуры в промышленных масштабах. Так, активаторы протофагии должны повысить качество культур путем активации естественных механизмов устранения ослабленных и поврежденных микроорганизмов.
Другой важной областью применения протофагии может стать медицина. На сегодняшний день резистентность бактерий к антибиотикам является одной из ключевых фармакологических проблем. Вместо того, чтобы убивать отдельные бактериальные клетки (как это делают сегодня с помощью антибиотиков), можно сконцентрироваться на дезорганизации бактериальных сообществ как единого целого. Такие методы уже разрабатываются - это, например, блокаторы бактериального «чувства кворума», которые нацелены именно на нарушение межклеточной сигнализации в бактериальных колониях, чтобы сделать их уязвимыми для иммунной системы человека , . И хотя эта тема только развивается, и вопросов пока больше чем ответов, общий вектор работ показывает, что нарушение коммуникации между отдельными бактериями имеет все шансы стать терапией завтрашнего дня. В этом контексте активаторы протофагии помогут разрушить защитные барьеры бактериальной колонии и сделать ее уязвимой для иммунной системы организма хозяина.
Послесловие
Главный вопрос, который может возникнуть после прочтения этой статьи - а так ли необходимо введение нового термина - протофагия - для описания хорошо известных фактов? На наш взгляд, расширение понятия аутофагии и введение термина «протофагия» необходимо и полезно.
Биосфера в определенном смысле напоминает фрактал, где каждый последующий уровень повторяет предыдущий. Аналогичные процессы похожи между собой не только внешне - все они имеют сходные причины и принципы регуляции. Понятие протофагии, объединяющее разрозненные процессы прокариот вместе, позволяет обобщить и лучше понять глубинные механизмы, регулирующие жизнь прокариотических колоний. Это дает несомненные выгоды для биотехнологии и медицины завтрашнего дня.
Приживется ли термин «протофагия» и найдут ли его полезным другие ученые - покажет время. То, что нам показалось важным, мы изложили в статье, вышедшей в журнале Autophagy . Если микробиологи воспримут эти обобщения и найдут их полезными для себя - нам будет очень приятно. Если же цитируемость нашей статьи не будет бить рекордов - значит, мы ударились в средневековую схоластику и переоценили значимость собственных измышлений. В любом случае, представить данную работу на суд почтенной публике стоило - ведь протофагия является частным случаем аутофагии в бактериальном мире и следует тем же законам, что и остальные ее проявления - будь то аутофагия в эукариотической клетке, трофические цепи в биосфере или голодание по модной методике перед пляжным сезоном, который, кстати, уже на носу.
Написано по материалам оригинального эссе в Autophagy .
Литература
- Daniel J. Klionsky, Fabio C. Abdalla, Hagai Abeliovich, Robert T. Abraham, Abraham Acevedo-Arozena, et. al.. (2012). Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy . »;
- K. Lewis. (2000). Programmed Death in Bacteria . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 64 , 503-514;
- Bärbel Stecher, Riccardo Robbiani, Alan W Walker, Astrid M Westendorf, Manja Barthel, et. al.. (2007). Salmonella enterica Serovar Typhimurium Exploits Inflammation to Compete with the Intestinal Microbiota . PLoS Biol . 5 , e244;
- Morten Hentzer, Michael Givskov. (2003). Pharmacological inhibition of quorum sensing for the treatment of chronic bacterial infections . J. Clin. Invest. . 112 , 1300-1307;
- Маркина Н. (2010). «Биологи научились командовать бактериями ». INFOX.ru ;
- Petro Starokadomskyy, Kostyantyn V. Dmytruk. (2013). A bird’s-eye view of autophagy . Autophagy . 9 , 1121-1126.
Не потеряйте. Подпишитесь и получите ссылку на статью себе на почту.
Очищение организма от вредных веществ – вопрос, которому сегодня уделяют много внимания, причем не только ученые, но и обычные обыватели. И чего только не делают люди, казалось бы, во благо самим себе: пьют очищенные соки, сидят на детокс-диетах, пьют огромное количество воды, делают клизмы, употребляют всевозможные лекарственные препараты и колдуют над плитой, поглядывая на бумажки с народными рецептами.
Но все ли это эффективно? Безусловно, правильное питание, питьевой режим, гречка и овсянка полезны, однако не стоит ожидать, что они выведут из организма токсины и шлаки намного быстрее, чем обычное питание. Что же делать? А делать вот что – можно обратиться к пока еще не очень известному, но очень эффективному способу очищения своего организма, который, ко всему прочему, можно еще и контролировать самостоятельно.
Заключается этот способ в… самопоедании! Да, да, вы все правильно прочитали – в самопоедании (или самоканнибализме). Но лучше все же называть это научным термином «аутофагия». При желании вы можете научить свое тело самостоятельно избавляться от вредных веществ. Но не будем торопиться, и расскажем обо всем по порядку.
Что за самопоедание такое?
Понятие «аутофагия», если перевести его с греческого языка, означает «самопоедание». Суть этого процесса кроется в утилизации (переработке) макромолекул и органелл (компонентов, необходимых для существования клеток) в клеточных компартментах (обособленных областях), которые образуются при слиянии лизосом (клеточных органоидов) с аутофагосомами (структурами, образующимися вокруг поврежденных клеток). Но это сугубо научное определение.
Если говорить проще, то при аутофагии происходит адаптация клеток к тяжелым условиям. Если питательных веществ, поступающих извне, в организме недостаточно, клетка отдает немного своих органелл и макромолекул для получения мономеров – элементов, подходящих для синтеза новых белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов.
Процесс аутофагии очень важен для удаления из клеток поврежденных элементов, таких, например, как белковые агрегаты. По мере протекания этого процесса, поврежденные органеллы и макромолекулы, находящиеся в цитоплазме, попадают в особый компартмент, где происходит их расщепление на малые молекулы. И уже эти малые молекулы, если имеет место недостаток энергии и голодание, становятся строительным материалом, из которого образуются новые органеллы и биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и другие элементы, необходимые для работы организма).
Аутофагией сопровождается жизнедеятельность всех нормальных клеток в обычных условиях. Однако чрезмерная аутофагия способна привести к смерти клетки, по причине чего сегодня она рассматривается в качестве одной из форм программируемой клеточной гибели вместе с такими процессами как некропотоз и апоптоз.
И, наконец, если говорить совсем просто, можно сказать так: с течением времени в каждой клетке нашего организма скапливается «мусор», а аутофагия способствует его переработке и, как следствие, омоложению организма. Все элементарно. «Но как же так? Почему никто об этом не говорит? Почему не трубят во всеуслышание СМИ?» – вполне резонные вопросы. Но об этом и говорят, и СМИ тоже прекрасно об этом знают. Просто ошеломляющие результаты, к которым приводит аутофагия, стали известны совсем недавно.
Открытие аутофагии: исследования Кристиана де Дюва
Вообще об аутофагии, как о способе доставки цитоплазматического материала клетки в лизосомы для последующей деградации, известно с 1963 года. Тогда этот термин ввел первооткрыватель лизосом – бельгийский биохимик Кристиан де Дюв. И здесь нам нужно снова вернуться к научной терминологии – для истории открытия это очень важно.
В результате исследований де Дюв обнаружил, что при аутофагии в цитоплазме сначала происходит процесс формирования аутофагосом – пузырьков, которые окружает двухслойная мембрана, и которые содержат в себе часть цитоплазмы и клеточные органеллы, такие как фрагменты эндоплазматического ретикулума, рибосомы и митохондрии. После этого аутофагосомы объединяются с лизосомами, образуя аутолизосомы. В них под действием лизосомных ферментов (гидролаз) деградируют органеллы и макромолекулы.
За эти открытия в области структурной и функциональной организации клетки в 1974 году де Дюв получил Нобелевскую премию.
Дальнейшие исследования аутофагии: работа Есинори Осуми
И вот в не таком еще далеком 2016 году выдающийся японский ученый – молекулярный биолог Есинори Осуми – стал изучать аутофагию в дрожжевых клетках, применяя для этого генетический подход. В результате он нашел более десятка генов, инактивация (полная или частичная потеря веществом своей активности) которых вызывала дефекты аутофагосом. Найденные гены были изучены и клонированы.
Дальнейшие изыскания в области функционирования белковых продуктов данных генов позволили выяснить молекулярные механизмы появления, протекания и регуляции аутофагии. Кстати, найденные Осуми гены получили название ATG (от англ. «autophagy-related genes»), и к настоящему времени их найдено свыше тридцати.
Есинори Осуми продемонстрировал, что аутофагия является запрограммированным процессом, т.е. таким процессом, который кодируется в геноме. Если же отключить или мутировать гены, необходимые для аутофагии, протекание этого процесса станет невозможным. Но какое отношение все это имеет к здоровью человека с точки зрения обывателя?
Дело в том, что гомологичные гены дрожжей и млекопитающих обладают ощутимым сходством. Белковые продукты таких генов отличает небольшое количество аминокислотных замен. Если определенный ген у дрожжей ответственен за аутофагию, то велика вероятность, что подобный ген будет выполнять аналогичные функции и у человека.
Генетика аутофагии должна была исследоваться в дрожжевых клетках – это намного проще. Однако вместе с исследованием механизмов аутофагии у дрожжей в своей лаборатории Осуми обнаружил гомологи некоторых дрожжевых генов ATG в клетках млекопитающих. Изучение функционирования их белков, которые кодируются этими генами, показало ученым, что различия в молекулярных механизмах аутофагии у таких совершенно разных организмов, как дрожжи и человек, ничтожно малы.
После определенных научных манипуляций и последующего обнаружения новых форм белка, команда Осуми создала трансгенную мышь, преобразующую наследственную информацию от гена в рекомбинантный белок. Это позволило визуализировать аутофагию при помощи флуоресцентной микроскопии и изучить ее кинетику и интенсивность в разных органах мыши во время голодания. И уже следующие исследования, для которых создавались мыши с отключенным геном ATG, помогли узнать, что аутофагия имеет огромное физиологическое значение для развития млекопитающих, в том числе и человека.
В 2016 году Есинори Осуми был награжден Нобелевской премией «За открытие механизмов аутофагии». Вот небольшое видео об этом:
А в 2017 году его наградили Премией за прорыв в области медицины. И это не случайно, ведь его работа способна вывести всю мировую медицину на принципиально новый уровень. Но прежде чем мы приступим к рассмотрению пользы аутофагии для здоровья человека, нужно сказать несколько слов и о ее типах.
Типы аутофагии
Современные ученые выделяют три типа аутофагии – это микро- и макроаутофагия, а также шапероновая аутофагия:
- Микроаутофагия. Обломки клеточных мембран и макромолекулы захватываются лизосомой. Благодаря этому при нехватке строительного материала и энергии (например, когда человек голодает) клетка способна переваривать белки. Однако механизмы микроаутофагии активизируются и в нормальных условиях.
- Макроаутофагия. Часть цитоплазмы (чаще всего та, которая содержит органоиды) окружается мембранным компартментом. В итоге эта часть двумя мембранами отделяется от остальной цитоплазмы, превращаясь в аутофагосомы. Они объединяются с лизосомами и образуют аутофаголизосомы, где перевариваются органеллы и прочее содержимое аутофагосом. При помощи этого вида аутофагии клетки могут избавляться от органоидов, которые «отслужили свой срок».
- Шапероновая аутофагия. Частично денатурировавшие белки целенаправленно транспортируются из цитоплазмы в полость лизосомы для последующего переваривания. Инициировать данный тип аутофагии (кстати, описан он лишь для млекопитающих) можно с помощью стресса, например, серьезными физическими нагрузками или голоданием.
И теперь мы наконец-таки можем немного отойти от специфической научной терминологии, и поговорить на «человеческом» языке конкретно о влиянии аутофагии на организм человека.
Польза аутофагии для человека
Положительная роль аутофагии для человеческого здоровья, конечно же, преобладает над отрицательной, иначе бы ей не уделялось столько внимания. Но чтобы адекватно представить себе ее благотворное воздействие, нужно вспомнить кое-что о природе ее появления.
До того как появились технологии выращивания продуктов почти в любых условиях и их длительного хранения, завися от климата, в определенные периоды (ранняя весна и зима) люди должны были ограничиваться в питании. Вместе с тем они прекрасно себя чувствовали, а о повальном распространении таких серьезных заболеваний как болезнь Альцгеймера, рак или туберкулез говорить не приходилось. А как мы с вами уже успели выяснить (пусть сказали об этом пока лишь вскользь), клетки начинают переваривать «отработанный» материал, шлаки и токсины именно при голодании.
Согласно все тем же научным исследованиям (а также процессу эволюции), положительная роль аутофагии неоспорима, т.к. низкокалорийная диета примерно на 30-40% увеличивает продолжительность человеческой жизни. Ограничения в питании, с научной позиции, активизируют выработку организмом особых генов, отвечающих за долголетие и способствующих продолжению жизни даже в условиях относительно скудного питания.
Есть все основания полагать, что аутофагия представляет собой внутреннюю программу переработки вредных веществ в организме. Она повышает эффективность организма, избавляя его от нефункционирующих частиц, останавливая развитие раковых клеток и препятствуя метаболическим дисфункциям, например, диабету или ожирению.
Есть также данные о том, что аутофагия имеет серьезное значение для контроля иммунной системы и воспалительных процессов. Вспомните тех самых мышей с неработающим геном ATG – у них наблюдалась сонливость и ожирение, мозговые нарушения и повышенный уровень холестерина. А все мы знаем, что такие «особенности» способны привести к самым серьезным и отнюдь не радостным последствиям. И, раз уж мы упомянули рак, то и о его связи с аутофагией следует поговорить.
Аутофагия и рак
Ученые из университета Пенсильвании, занимающиеся поиском эффективного средства против рака, сделали еще один важный шаг благодаря данным об аутофагии. Теперь они могут с полным правом говорить о том, что создание на самом деле работающего метода борьбы с онкологическими заболеваниями не за горами.
В частности, исследователи работали с лизосомным ферментом PPT1, и с его помощью им удалось разработать лекарственный препарат, показавший высокие результаты в борьбе с такими заболеваниями как колоректальный рак, опухоль поджелудочной железы и меланома. Но пока все опыты, опять же, были проведены на мышах.
Этот самый фермент PPT1 отвечает за два важнейших процесса в жизнедеятельности и росте раковых клеток. Первый процесс – это сама аутофагия, позволяющая выживать онкоклеткам, а второй – мишень рапамицина (mTOR), отвечающая за неконтролируемый рост опухолей. Кстати, препараты, которые применяются в последние годы, тоже направлены на мишень рапамицина, но отличие их в том, что процесс аутофагии они не учитывают, из-за чего нет возможности повлиять на устойчивость онкоклеток к лечению.
Теперь же, благодаря открытиям Есинори Осуми, показавшим, что можно «заставить» клетки поедать самих себя, избавляться от поврежденных частиц и получать новые ресурсы для восстановления, ситуация в корне изменилась. Ученые обнаружили, что mTOR тоже может использовать аутофагию, чтобы обеспечить себе ресурсы, а при воздействии на фермент PPT1 активность первого подавляется, и процесс аутофагии блокируется. Это и есть причина, по которой раковая опухоль начинает воспринимать противораковую терапию.
Однако все эти достоинства аутофагии – лишь одна сторона медали. Очень важно понимать и всегда помнить о том, что она может сказаться на состоянии организма и отрицательно. Правда, касается это лишь определенной категории людей.
Вред аутофагии для человека
Перед тем как принять решение запускать и стимулировать процесс аутофагии в своем организме, в обязательном порядке убедитесь в том, что у вас нет:
- Хронических заболеваний (в частности, заболеваний ЖКТ)
- Гастрита
- Отклонений в массе тела (случаи, когда она ниже нормы)
- Дефицита иммунитета
- Диабета
- Ишемической болезни сердца
- Депрессии
- Гипотонии (пониженного давления)
- Психических нарушений
Кроме того, активизировать аутофагию категорически запрещается женщинам, у которых имеются проблемы с фертильностью и лактацией, беременным женщинам и людям, принимающим лекарства, не совместимые с голоданием. Если пренебречь этими противопоказаниями, можно серьезно ухудшить состояние своего организма, усугубить уже имеющиеся недуги и серьезно подорвать здоровье. В остальном же, как утверждают ученые, аутофагия – это вполне безопасный способ очищения и омоложения. Не менее радует и то, что запустить ее можно самостоятельно.
Как запустить аутофагию: аутофагия и голодание
Большинство современных людей, злоупотребляя высококалорийной, нездоровой и неполезной пищей, сами делают так, что процесс аутофагии просто не запускается. А это, если серьезно задуматься, как раз-таки и ведет к снижению иммунитета, ускорению старения и даже развитию всевозможных мутаций на клеточном уровне.
Если же заставить клетки голодать, они автоматически начнут использовать внешние ресурсы для функционирования, избавляться от вредных веществ и восстанавливаться. Но и постоянное недоедание может привести к дегенеративным процессам, ведь аутофагия просто не остановится. Поэтому есть смысл частично возвратиться к идеям лечебного голодания.
Всего можно выделить несколько его видов, но нас интересуют именно два – это прерывистое и пролонгированное голодание. Именно их подробно описал известный итальянско-американский биогеронтолог и клеточный биолог Вальтер Лонго, много лет занимавшийся исследованиями воздействия голодания и ограниченной диеты на продолжительность жизни и здоровье (имейте в виду, что говоря о голодании, мы имеем в виду отказ конкретно от пищи, но не от воды).
Прерывистое голодание
Суть прерывистого голодания: сутки без пищи, за которыми следует 1-2 суток нормального питания.
Научные исследования говорят о том, что благодаря прерывистому голоданию активизируются нервные связи и улучшаются когнитивные функции, снижается артериальное давление и частота сердечных сокращений, повышается чувствительность тканей к инсулину, задерживается появление опухолей, предотвращаются воспалительные заболевания, улучшается регенерация крови, увеличивается число белых клеток в крови и стимулируется иммунная система.
Опыты, проведенные с уже не раз упомянутыми мышами, подтвердили пользу прерывистого голодания как профилактики нейродегенеративных, сердечно-сосудистых и опухолевых заболеваний, а также сахарного диабета. А последующее наблюдение уже за людьми показало, что оно нормализует артериальное давление и уровень глюкозы, снижает количество маркеров воспаления у страдающих бронхиальной астмой.
Не стоит, конечно, отказываться от популярной сегодня диетологической нормы питания часто и понемногу, но все же нужно иметь в виду, что из-за такого режима усиливается выработка инсулина, отчего клетки теряют к нему чувствительность, а это может привести к сахарному диабету второго типа. Так что даже эту норму (питаться часто и понемногу) полезно время от времени разбавлять периодическим голоданием.
Пролонгированное голодание
Суть пролонгированного голодания: 2-3 (иногда больше) суток без пищи, за которыми следует как минимум 7 дней перерыва до следующих 2-3 суток голодания.
Здесь снова вступают в силу результаты научных исследований. Они говорят о том, что пролонгированное голодание приводит к активизации аутофагии, повышению чувствительности опухолей к терапии, улучшению регулирования уровней инсулина (и инсулиноподобного фактора роста 1) и глюкозы.
Также голодание по такой схеме снижает массу печени и количество лейкоцитов в крови. Но возобновление питания продуцирует мощные процессы регенерации, как в иммунной системе, так и в печени. По этой причине пролонгированное голодание допускается лишь под контролем специалиста. Особую же осторожность в этом случае необходимо соблюдать людям старше 65 лет, т.к. в этом возрасте недостаток белков может вызвать нежелательную потерю мышечной массы.
- Даже при полном отказе от питания на сутки и более необходимо
- Очень удобный и безопасный способ стимулирования аутофагии заключается в отказе от 1-2 приемов пищи (например, ужина и/или обеда) 2-3 раза в неделю
- При имитации периодического голодания в течение 5 дней (еще один совет от Вальтера Лонго) необходимо употребить не более 100 калорий в первый день и по 500 калорий – в оставшиеся четыре дня
И, конечно же, говоря о диете, мы не могли упустить вопрос на тему правильности и неправильности питания вообще. Все мы уже по сотне раз слышали, что нельзя есть после 18 часов. И с позиции новых данных, полученных об аутофагии Есинори Осуми, это утверждение снова подтверждается, а вот вопрос о пользе частого дробного питания остается открытым.
Вернемся к нашим мышам, которые оказывают существенную помощь в исследованиях по улучшению здоровья человека. Опыты показали, что при одинаковом количестве калорий в сутки мыши, которые питались с интервалом в 12 часов, «показывали» лучшие результаты, нежели те, которые питались часто и понемногу. Так, у мышей первой группы наблюдалось улучшение циркадных ритмов и они лучше спали, но главное – у них переставали развиваться и даже обращались вспять метаболические заболевания.
Это в очередной раз говорит о том, что если вдруг в течение дня вы не успеваете поесть, имея возможность питаться лишь утром и/или вечером, нужно не расстраиваться, а радоваться, ведь так вы запускаете аутофагию на благо своему организму. Точно так же и питание с перерывами в 12 и более часов активизирует аутофагию. Как бы странно это не звучало, но такой режим питания способствует снижению жировой массы без потери мышечной, снижению в крови уровня глюкозы и холестерина. А голодание свыше 13 часов в период с вечера до утра минимизирует риск развития рака груди.
Но здесь мы хотим заметить: ни в коем случае не следует воспринимать аутофагию в качестве лекарства. По большей части это профилактика разных недугов, но никак не их лечение. Имейте это в виду и не делайте ложных выводов.
Кстати, можете посмотреть видео «Голодание с разных ракурсов/Голодание как основа жизни», из которого можно узнать немало любопытных фактов о голодании и его воздействии на организм:
Если же вам совсем не хочется голодать, есть способ возбудить процессы аутофагии и без ограничения себя в еде. Для этого необходимо включить в свой рацион некоторые специфические продукты, в которых содержатся активизирующие нужные процессы вещества. Такими продуктами являются (в скобках указаны вещества):
- Сок граната, клубники и малины, а также красное вино, выдержанное в дубовых бочках (уролитин А)
- Грейпфрут, сыр и грибы (спермидин)
- Горькие огурцы (кукурбитацин)
- Соя (диосцин)
- Красный виноград (ресвератрол)
- Карри (куркумин)
- Какао и зеленый чай (катехин и эпикатехин)
- Корень женьшеня (магнофлорин)
- Бурый рис (гамма-токотриенол)
- Грецкие орехи и арахис, шампиньоны, ячмень, бобовые, овес, хлеб и белое мясо (витамин B3)
Также возьмите на заметку овсянку, рыбий жир, айву, оливковое масло, сметану, шпинат, капусту, бруснику, кефир и яйца – вещества, содержащиеся в этих продуктах, стимулируют обновление клеток.
Помимо прочего, примечательно еще и то, что процесс аутофагии запускают не только голодание и правильное питание, а еще и физические нагрузки и спорт. Но чтобы это произошло, нужно придерживаться некоторых принципов.
Аутофагия и спорт
Известно, что эффект от физических упражнений возникает только тогда, когда организм испытывает стресс. Аутофагия возникает по той же самой причине, а потому спорт – это еще один способ ее запуска и усиления.
Физические нагрузки приводят к микроповреждениям тканей и мышц, которые, восстановившись, становятся сильнее, делая более сильным и тело человека. А еще упражнения позволяют очистить организм от токсинов благодаря потению, чего и требует любая детокс-программа. Причем многие специалисты уверены, что именно физические нагрузки служат главным фактором для эффективной детоксикации.
К примеру, доктор Джордж Йу, работающий в медицинском центре Вашингтонского университета и изучающий процессы метаболизма, советует сочетать физические упражнения с посещением сауны, а также принимать добавки ниацина. Так токсины максимально выводятся через кожу, предупреждается возникновение рака и болезни Альцгеймера.
Что касается количества физических упражнений с целью стимулировать аутофагию, то оно пока точно не известно. Но установлено, что наибольшим эффектом обладают интенсивные упражнения, а значит, о легкой нагрузке стоит на время забыть.
Несмотря на то, что долголетию способствуют умеренные нагрузки в объеме 150-450 минут в неделю (они снижают риск преждевременной смерти более чем на 30%), если вы будете уделять хотя бы 30% тренировочного времени на упражнения повышенной интенсивности, то сможете запустить аутофагию и увеличить продолжительность своей жизни еще примерно на 13%. Так что тренируйтесь, не жалея себя (в здоровом смысле, естественно), и мощное не заставит себя долго ждать (при этом не забывайте рассчитывать свои силы и берите во внимание свое текущее физическое состояние).
И, напоследок, еще раз напомним, что аутофагия – это ни в коем случае не лекарство, и считать его панацеей от всех бед нельзя. Вы должны знать о ней и использовать ее, чтобы очистить свой организм и продлить себе жизнь, но делать это нужно с умом, будучи внимательным к своему текущему состоянию и не пренебрегая принципами здорового питания и вообще.
При желании вы можете отыскать немало официальных данных, результатов исследований и другой дополнительной информации об аутофагии в интернете. Мы же в свою очередь желаем вам крепкого здоровья и долгих лет жизни!