Autofagia: system usuwania odpadów z komórek
Gdy odpady komunalne nie są regularnie odbierane, gromadzą się na ulicach i zakłócają codzienne funkcjonowanie miast. To samo zjawisko zachodzi w naszych komórkach. „Jeśli odpady z komórek nie są usuwane, te nie są one w stanie funkcjonować”, mówi Claudine Kraft(odnośnik otworzy się w nowym oknie), badaczka z Uniwersytetu we Fryburgu(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Ostatecznie uszkodzenia mogą stać się na tyle poważne, że prowadzą do śmierci komórek”. Co prawda nasz organizm nie ma śmieciarek, ale korzysta z mechanizmu autofagii. „Autofagia to komórkowy system usuwania odpadów”, twierdzi Kraft. „Podczas autofagii komórki zamykają odpady w błonach, rozkładając je na podstawowe elementy budulcowe, które można potem ponownie wykorzystać”. Jednak jak każda maszyna autofagia czasami ulega awarii. W tym przypadku skutkiem może być rozwinięcie się takich chorób jak choroba Alzheimera, Parkinsona lub nowotwory. Mimo kluczowej roli autofagii naukowcy wiedzą o niej zaskakująco mało. Zespół projektu AutoClean, finansowanego ze środków UE, zamierza to zmienić. „Naszym celem jest ustalenie, w jaki sposób komórki inicjują i regulują autofagię”, wyjaśnia Kraft, która jest główną badaczką w projekcie. Realizację projektu wsparła finansowo Europejska Rada ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Odtworzenie autofagii od podstaw
Aby to zrobić, interdyscyplinarny zespół odtworzył autofagię od podstaw, wykorzystując biologię syntetyczną, oczyszczone składniki i frakcje komórkowe. „Odtworzyliśmy krytyczne etapy całego procesu autofagii, od początkowego tworzenia się maszynerii autofagii do końcowego etapu fuzji autofagosomów z wakuolami”, tłumaczy Kraft. Uczeni odkryli, że fosforylacja zależna od kinazy Atg1/ULK1 nie ogranicza się do pojedynczego punktu kontrolnego, ale obejmuje wiele etapów autofagii – od wczesnej inicjacji do późniejszych etapów w ramach szlaku. Kinaza Atg1/ULK1 to enzym inicjujący autofagię. Fosforylacja to proces biochemiczny polegający na tym, że kinaza dodaje do cząsteczki grupę fosforanową, znacząco zmieniając jej strukturę i funkcję. Zespół odkrył także rozdzielanie faz (proces, w ramach którego jednorodna mieszanina rozdziela się na odrębne, współistniejące fazy, jak olej w wodzie), które prowadzi do powstania białkowych centrów inicjacyjnych zdolnych do kierowania organizacją przestrzenną podczas autofagii.
Badanie potencjału autofagii w walce z chorobami
Projekt AutoClean przyczynił się do znaczącego rozwoju badań nad autofagią, wprowadzając nowe koncepcje, takie jak klastrowanie zależne od zachłanności i centra inicjacji rozdzielające fazy jako kluczowe mechanizmy autofagii, które prawdopodobnie są również kluczowymi koncepcjami w innych szlakach komórkowych. Co więcej, dzięki zrekonstruowaniu sposobu, w jaki autofagia może być inicjowana i kontrolowana na poziomie molekularnym, projekt dostarcza cennych informacji na temat tego, w jaki sposób ten proces mógłby być modulowany w chorobach o podłożu agregatowym, co potencjalnie może mieć wpływ na opracowanie przyszłych terapii. „Autofagia jest niezbędna dla zdrowia komórek, a jej rozregulowanie wiąże się z chorobami takimi jak neurodegeneracja, infekcje i nowotwory”, podsumowuje Kraft. „Nasze badanie otwiera możliwości w zakresie manipulowania autofagią w celu degradacji chorobotwórczych zespołów lub organelli”. Kraft z zespołem planują rozszerzenie prac przeprowadzonych w projekcie poprzez zastosowanie opracowanych w nim modułowych systemów w celu eksploracji i ukierunkowania terapii na ośrodki inicjacji i autofagię w chorobach związanych z agregacją. Naukowcy liczą, że dzięki temu uda im się opracować strategie interwencyjne, które przywrócą lub wzmocnią selektywne mechanizmy degradacji. Oprócz badań i odkryć naukowych projekt przyczynił się również do stworzenia bardziej inkluzywnej społeczności naukowej. Na przykład zaangażowanie Kraft w inicjatywę Women in Autophagy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (WIA) wzmacnia pozycję kobiet i innych niedostatecznie reprezentowanych tożsamości płciowych w dziedzinie badań autofagią.
