АУТОФАГИЯ

Аутофагия (греч. auto — себя и phagein — есть) — процесс уничтожения внутриклеточного мусора с помощью лизосом, клеточных компонентов с кислой средой.

Идея о клеточном «самоедстве» появилась еще в 1960-х годах, когда исследователи впервые заметили, что клетки могут избавляться от собственного содержимого, образуя вокруг него мембранный мешочек и транспортируя его в лизосомы для утилизации.

В середине 50-х годов ученые открыли новый клеточный компонент, содержавший ферменты, которые переваривали белки, жиры и углеводы. Компонент назвали лизосомой. Ее функцией оказалась утилизация клеточного содержимого. Дальнейшее изучение лизосом показало, что части клеток попадают в них с помощью специальных пузырьков. Процесс переноса ненужного клеточного содержимого в лизосомы назвали аутофагией, а пузырьки — аутофагосомами.

Из-за сложностей в изучении о феномене было мало что известно, пока в начале 1990-х годов японский исследователь Есинори Осуми не провел ряд блестящих экспериментов с пекарскими дрожжами и выявил ответственные за аутофагию гены.

Далее он продолжил изучать механизмы аутофагии и доказал, что подобные процессы протекают и в клетках человеческого организма. Открытия Осуми привели к формированию новой парадигмы нашего понимания того, как клетки перерабатывают свое содержимое.

Его труды помогли осознать важность аутофагии во многих физиологических процессах — от адаптации к голоду до иммунного ответа. Мутации в ассоциированных с аутофагией генах могут вызывать болезни, а сам процесс аутофагии связан с некоторыми заболеваниями, включая рак и неврологические болезни. Аутофагия способна быстро обеспечить «топливо» и строительные блоки для обновления клеточных компонентов, поэтому она жизненно необходима для клеточного ответа на разные виды стресса. При заражении вирусами и бактериями аутофагия помогает клеткам от них избавиться. Также она способствует развитию эмбриона и дифференцировке (формированию способности к тем или иным профильным функциям) клеток.

Кроме того, клетки используют аутофагию, чтобы избавляться от поврежденных белков и органелл, что играет основную роль в противодействии негативным последствиям старения. Нарушения в механизме аутофагии связывают с болезнью Паркинсона, сахарным диабетом 2-го типа и другими заболеваниями, которые появляются у пожилых людей.

С тех пор фармацевтические компании и ученые пытаются разработать лекарства, которые могли бы стимулировать этот процесс, а эксперты в сфере здорового питания и образа жизни заявляют, что этот процесс может быть лучше всего стимулирован естественным путем — голоданием и интенсивными физическими упражнениями.

Аутофагия начинает работать наиболее интенсивно, когда организм голодает. В этом случае клетка вырабатывает энергию за счет своих внутренних ресурсов — из всякого накопившегося мусора.

И в том числе — из болезнетворных бактерий. Открытие лауреата свидетельствует: голодать, а иной раз и поститься все-таки полезно — организм действительно очищается, это подтверждено Нобелевским комитетом. Как уверяют коллеги Осуми, аутофагия предохраняет организм от преждевременной старости. Может быть, даже омолаживает за счет того, что создает новые клетки, выводит из организма дефектные белки и поврежденные внутриклеточные элементы, поддерживая его в исправном состоянии.

Что еще говорят ученые?

Несомненно, результаты экспериментов на мышах демонстрируют, что это именно так, — говорит Давид Рубинштейн, профессор молекулярной нейрогенетики Кембриджского университета и Британского научного института по исследованию деменции. Проводились исследования, в ходе которых этот процесс запускался с помощью голодания, и в этих случаях животные жили дольше, были более здоровыми в целом.

Например, у мышей можно наблюдать эффект в мозге после 24 час. голодания, а в некоторых других органах, таких как печень, намного быстрее. И хотя мы знаем, что поститься полезно, мы не знаем точно, как долго люди должны голодать, чтобы добиться положительных результатов. Тем не менее, по сло- вам исследователя, голодание действительно стимулирует аутофагию, а польза для организма доказана и другими исследованиями.

Омолаживающий механизм

Почему при сухом голодании происходит омолаживание организма?

Почему при сухом голодании происходит более мощное омолаживание организма, чем при влажном голодании? Экстремальных, жестких условий не выдерживают больные клетки, переродившиеся, слабые. Когда клетки живут в комфортных условиях, они привыкают к постоянному уровню и объему поступающего питания и воды. Они теряют способность эффективно обновляться и восстанавливаться. Клетки как бы ленятся запускать механизмы самообновления тканей. Как только прекращается поступление пищи и воды в желудочно-кишечный тракт, для организма создаются принципиально новые условия существования. в этих условиях «демонтируются» старые биомолекулы, гибнут и распадаются малоустойчивые клетки (за счет них восполняется дефицит энергетических и пластических веществ)»

Но при этом синтезируются новые клетки, способные к выживанию в изменившихся условиях. Есть еще один важный источник, обеспечивающий омоложение и «голодное выживание». Большая часть клеток в организме человека активно живет всего несколько лет. После чего они стареют и становятся функционально — пассивными, как жировые клетки. Даже колонии микроорганизмов сформировали механизм «пищевой утилизации» старых клеток. Все многоклеточные организмы используют свои старые клетки как источник сырья и энергии

Но как резервный, на черный день предназначенный, источник.

При длительном бездействии механизма «пищевой утилизации» такие клетки могут стать и становятся фабрикой патологических белков, вызывающих агрессию собственной иммунной системы, факторами, вызывающими нарушение тканевой и центральной регуляции, клетками — родоначальницами злокачественных опухолей.

Они должны быть удалены из организма. Миллионы лет периоды вынужденного голодания были нормой в жизни животных. Поэтому процесс освобождения многоклеточных организмов от лишних, структурно или функционально нетипичных клеток не представлял проблемы. «На безрыбье и рак пища».

Объединение механизма клеточного самоочищения с механизмом голодного выживания было удачным и универсальным эволюционным приобретением.

Апоптоз — программированная клеточная гибель, энергетически зависимый, генетически контролируемый процесс, который запускается специфическими сигналами и избавляет организм от ослабленных, ненужных или поврежденных клеток.

Во время голодания происходит универсальный процесс, с одной стороны, усиливаются физиологический процесс апоптоза: обновления и омоложения организма за счет гибели старых, больных, измененных клеток. с другой стороны, устраняются патологические механизмы апоптоза: преждевременное старение, онкозаболевания и т. д. Рассмотрим более подробно эти механизмы.

Организм как сообщество клеток в период голодания «съедает» не только жировые клетки, но и все, что «плохо лежит». Вернее, плохо или совсем не работает. Без функции самоочищения клеточных популяций жизнь организма невозможна. Инфицированные вирусами, поврежденные радиацией или токсинами клетки, так же как и достигшие биологического предела, обладают одним общим свойством — должны покинуть организм или быть съеденными. в природе это происходит так.

По нашим наблюдениям, активация процесса пищевого апоптоза происходит через 20 часов сухого голодания (при соблюдении правильной техники голодания).

При непрерывном режиме питания «калорийный мусор» превращается в проблему номер один. Он становится причиной болезней и преждевременного старения человека. «Сберегающие технологии» спасают жизнь при голодании, но убивают ее при постоянной сытости.

Ученые David Sinclair и его коллеги выяснили, что во время голодания активизируются гены SIRT3 и SIRT4, которые продлевают жизнь клеток. Возможно, эту информацию удастся использовать для создания лекарств от болезней, связанных со старением. За энергетический обмен в клетках отвечают митохондрии. Ученые уже раньше предполагали, что работа митохондрий связана с продолжительностью жизни организма.

Когда митохондрии истощаются, клетка становится уязвимой для повреждений, в ней начинается апоптоз, то есть запускается программа саморазрушения. Сигналом к началу апоптоза является уменьшение количества НАД+ в митохондриях, ядре клетки и цитоплазме. Эксперимент, в ходе которого лабораторные животные проголодали всего 48 часов, позволил установить, что в организме грызунов за это время активизировался белок Nampt, который запустил синтез НАД+ в цитоплазме, что в свою очередь приводит к увеличению синтеза ферментов, которые кодируются генами SIRT3 и SIRT4. Эти ферменты благоприятно влияют на работу митохондрий и энергетический обмен в клетке, то есть замедляют старение клетки и предотвращают апоптоз.

Если бы удалось поддерживать в митохондриях высокую концентрацию НАД+, которая стимулировала бы SIRT3 и SIRT4, какой — то период времени клетка не нуждалась бы ни в чем другом, — объясняют авторы исследования. Этот феномен они назвали гипотезой митохондриального оазиса.

Как утверждают ученые университета Флориды под руководством доктора Кристиана Льювенбурга, недостаточные поступ «ления питательных веществ в организм и в последующем ограниченная доставка их к клеткам продлевают в свою очередь их жизнь путем активизации внутриклеточной аутофагии — расщепления и переработки поврежденных митохондрий и других клеточных структур, которые в дальнейшем могут использоваться как новообразующий клеточный материал для обеспечения жизнедеятельности. А вот молодые клетки в свою очередь обладают способностью быстро перерабатывать поврежденные структуры от старых клеток и использовать их для построения новых органелл или пополнения энергетических запасов. К сожалению, по мере старения клетки теряют эту способность, что приводит к накоплению поврежденных органелл и старению всего организма. Эксперименты, которые проводили ученые на животных, свидетельствуют, что голодание на 120 % повышает способность клеток сердца старых животных к самоочищению и практически не влияли на состояние клеток молодых животных.

Интересным остается тот факт, что активизация аутофагии особенно важна в первую очередь для клеток сердца, которые содержат большое количество митохондрий. Частичная переработка поврежденных органелл митохондрий является залогом поддержания работоспособности сердечной мышцы стареющего организма в целом.

Также обнаружено, что деформированные мембраны медленно делящихся или неделящихся стареющих клеток при эндогенном питании приобретают формы, подобные формам клеток молодых животных. То есть при СГ идет процесс восстановления «подобные формам клеток молодых животных. То есть при СГ идет процесс восстановления барьеров клеток. Процесс деления быстро делящихся клеток при этом замедляется.

Одновременно перестройка ферментативной системы обеспечивает усиление рецепторного аппарата эфферентных клеток (нервные окончания) за счет качественного улучшения состояния ферментов этих рецепторов (хеморецепторов), которые заложены в мембране клеток и способны усиливать барьерную функцию через активизацию внутриклеточного нуклеотида цАМФ. Таким образом, при СГ обеспечивается комплексное восстановление барьерных функций клеток путем нормализации мембран и усиления системы цАМФ. Ввиду обновления генетического аппарата клеток при голодании образуются новые стволовые клетки, а в некоторых органах появляются добавочные. в результате устранения старых, поврежденных клеток и появления новых стволовых органы и ткани организма становятся намного моложе