Nobel 2016 per la Medicina, cos’è l’autofagia?



Yoshinori Ohsumi nobel medicina 2016Il premio Nobel per la medicina e fisiologia 2016 Yoshinori Ohsumi ha scoperto e chiarito i meccanismi sottostanti l’ autofagia, un processo fondamentale per degradare e riciclare i componenti cellulari.

La parola autofagia deriva dalle parole greche auto-, che significa “se stesso”, e phagein, che significa “mangiare”. Così, autofagia significa”mangiare se stessi”. Questo concetto è emerso nel corso degli anni 60, quando i ricercatori hanno per la prima volta osservato che la cellula potrebbe essere in grado distruggere i propri contenuti racchiudendolo in membrane, formando vescicole che vengono trasportate in un vano di riciclaggio, chiamato lisosoma, per la degradazione. La difficoltà di studiare il fenomeno ha fatto sì che ben poco si sapeva del meccanismo fino a quando, in una serie di esperimenti brillanti nei primi anni del 1990, Yoshinori Ohsumi ha usato lievito di birra per identificare i geni essenziali per l’autofagia. Ha poi continuato a chiarire i meccanismi alla base di autofagia nei lieviti e ha dimostrato che un meccanismo simile avviene nelle cellule umane.

Le scoperte di Ohsumi hanno portato ad un nuovo paradigma nella nostra comprensione di come la cellula ricicla il suo contenuto, e hanno aperto la strada per comprendere l’importanza fondamentale dell’autofagia in molti processi fisiologici, come nell’adattamento alla fame o la risposta alle infezioni. Le mutazioni nei geni che controllano l’autofagia possono causare patologie, e il processo di autofagia è coinvolto in diverse condizioni tra cui il cancro e le malattie neurologiche.

Un esperimento innovativo

autofagia spiegazione nobel 2016Yoshinori Ohsumi è sempre stato attivo in diverse aree di ricerca, ma all’avvio del suo laboratorio nel 1988, ha concentrato i suoi sforzi sulla degradazione delle proteine ​​nel vacuolo, un organello che corrisponde ai lisosomi in cellule umane. Le cellule di lievito sono relativamente facili da studiare e di conseguenza sono spesso usate come modello per le cellule umane. Sono particolarmente utili per l’identificazione di geni che sono importanti nelle vie cellulari complesse. Ma Ohsumi ha affrontato una grande sfida; le cellule di lievito sono piccole e le loro strutture interne non sono facilmente distinguibili al microscopio, e ha sempre nutrito grande incertezza sul fatto che l’autofagia esistesse anche in questo organismo. Ohsumi suppose che se avesse potuto interrompere il processo di degradazione nel vacuolo, mentre il processo di autofagia era attivo, gli autofagosomi sarebbero dovuti accumularsi all’interno del vacuolo, diventano visibili al microscopio. Egli ha quindi coltivato lievito mutato privato degli enzimi di degradazione vacuolari e contemporaneamente ha stimolato l’autofagia da fame nelle cellule. I risultati sono stati sorprendenti! In poche ore, i vacuoli sono stati riempiti con piccole vescicole che non erano state degradate. Ora aveva un metodo per identificare e caratterizzare i geni chiave coinvolti in questo processo. Questo è stato un grande break-through e Ohsumi ha pubblicato i risultati nel 1992.

I geni dell’autofagia vengono scoperti

Ohsumi ha dunque approfittato dei suoi ceppi di lievito ingegnerizzati in cui gli autofagosomi si accumulavano durante il digiuno. Questo accumulo non dovrebbe verificarsi se i geni importanti per l’autofagia fossero stati inattivati. Ohsumi ha dunque esposto le cellule di lievito a sostanze chimiche mutagene provocando mutazioni casuali in diversi geni, e poi ha indotto l’autofagia. Nel giro di un anno dalla sua scoperta di autofagia nel lievito, Ohsumi aveva identificato i primi geni essenziali per l’autofagia. Nella sua successiva serie di studi, le proteine ​​codificate da questi geni sono state funzionalmente identificate e caratterizzate. I risultati hanno mostrato che l’autofagia è controllata da un pool di proteine ​​e complessi proteici, ognuna responsabile di una fase distinta di iniziazione e formazione dell’ autofagosoma.

Grazie a Ohsumi, ora sappiamo che controlla autofagia importanti funzioni fisiologiche in cui hanno bisogno di essere degradato e riciclati componenti cellulari. L’autofagia può rapidamente fornire combustibile per i blocchi energetici e di costruzione per il rinnovo dei componenti cellulari, ed è quindi essenziale per la risposta cellulare alla fame e di altri tipi di stress. Dopo l’infezione, l’autofagia in grado di eliminare l’invasione batteri intracellulari e virus. L’autofagia contribuisce allo sviluppo embrionale e la differenziazione cellulare. Le cellule usano anche autofagia per eliminare le proteine ​​e organelli danneggiati, un meccanismo di controllo di qualità che è fondamentale per contrastare le conseguenze negative dell’invecchiamento. Disfunzioni autofagiche sono state collegate alla malattia di Parkinson, il diabete di tipo 2 e di altri disturbi che appaiono negli anziani. Disturbi nel meccanismo autofagico sono stati collegati al cancro, ed un’intensa attività di ricerca è ora in corso per sviluppare farmaci in grado di indirizzare l’autofagia in varie malattie.

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