الحائز على جائزة نوبل في الطب لعام 2016: اكتشف آلية إعادة تدوير الخلايا في الجسم

اكتشف الحائز على جائزة نوبل لعام 2016 وفك رموز الآليات الكامنة وراء عملية الالتهام الذاتي (أو البلعمة الذاتية)، وهي عملية أساسية لتفكيك وإعادة تدوير المكونات الخلوية

أعلن معهد كارولينسكا في السويد عن الفائز بجائزة نوبل في الطب/علم وظائف الأعضاء لعام 2016 - البروفيسور يوشينوري أوسومي من اليابان لاكتشافه آلية "الالتهام الذاتي".

اكتشف الحائز على جائزة نوبل لعام 2016 وفك رموز الآليات الكامنة وراء عملية الالتهام الذاتي (أو البلعمة الذاتية)، وهي عملية أساسية لتحلل وإعادة تدوير المكونات الخلوية.
ينشأ مصطلح الالتهام الذاتي من الكلمات اليونانية "auto-"، والتي تعني "الذات"، وكلمة "pegian"، والتي تعني "تناول الطعام"، أي "الأكل الذاتي". بدأت الفكرة في النمو في ستينيات القرن الماضي، عندما اكتشف الباحثون لأول مرة أن الخلية قادرة على تدمير محتوياتها الداخلية عن طريق إذابتها في الأغشية، وتكوين حويصلات تشبه الكيس يتم نقلها إلى نظام بيولوجي مخصص. لتكسير المواد البيولوجية التي تسمى الليزوزوم. أدت الصعوبات في دراسة الآلية إلى معرفة محدودة للغاية في هذا المجال، حتى أوائل التسعينيات، عندما استخدم الباحث يوشينوري أوسومي، في سلسلة من التجارب الرائعة، خلايا الخميرة لتحديد الجينات الأساسية لعمل الآلية. وفي الخطوة التالية، كان قادرًا على فك رموز الآليات الكامنة وراء العملية في الخميرة وأثبت أن آليات معقدة مماثلة تعمل أيضًا في خلايانا.
أدت هذه الاكتشافات إلى نموذج جديد في فهمنا للآلية التي تقوم الخلية من خلالها بإعادة تدوير محتوياتها. مهدت اكتشافاته الطريق لفهم الأهمية الأساسية للالتهام الذاتي في العديد من العمليات الفسيولوجية، مثل التكيف مع ظروف المجاعة أو الاستجابة للعدوى. الطفرات في الجينات المسؤولة عن العملية يمكن أن تسبب الأمراض، وبالإضافة إلى ذلك فإن العملية نفسها تدخل في أمراض معينة مثل السرطان والأمراض العصبية.

التحلل - عملية مركزية في جميع الخلايا الحية

وفي منتصف الخمسينيات من القرن الماضي، لاحظ الباحثون أن مكونًا خلويًا متخصصًا جديدًا، يسمى العضية، يحتوي على إنزيمات تقوم بتكسير البروتينات والكربوهيدرات والدهون. يُطلق على المكون المعين اسم "الليزوسوم"، ويعمل كمصنع لتحطيم المكونات الخلوية. حصل الباحث البلجيكي كريستيان دي دوب على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء عام 1974 لاكتشافه الليزوزوم. أظهرت ملاحظات إضافية في الستينيات أنه يمكن أحيانًا العثور على كمية كبيرة من المحتوى الخلوي، وحتى العضيات الكاملة، داخل الليزوزومات. أي أن الخلية لديها القدرة على نقل كمية كبيرة من المواد البيولوجية إلى الليزوزوم. أظهرت الأبحاث البيوكيميائية والمجهرية الإضافية أن هناك نوعًا جديدًا من الآلية لنقل المواد الخلوية على شكل حويصلات إلى الليزوزوم لتحللها (الشكل 1). أطلق كريستيان دي دوب، الباحث المسؤول عن اكتشاف الليزوزوم، على عملية الالتهام الذاتي. وكانت تسمى العضيات الجديدة بالبلعمة الذاتية.

خلال السبعينيات والثمانينيات، ركز الباحثون على فك رموز نظام آخر يستخدم لتكسير البروتينات يسمى البروتيزوم. وكجزء من هذا المجال من البحث، فاز الباحثون الثلاثة أهارون تشيشنوفر وأبراهام هيرشكو وإيروين روز بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2004 عن "اكتشاف تحلل البروتين بوساطة اليوبيكويتين". يتمكن البروتيزوم من تحطيم البروتينات بنجاح، واحدًا تلو الآخر، ومع ذلك، لا يمكن لهذه الآلية أن تفسر كيفية إزالة الخلية لمجموعات البروتين الكبيرة وحتى العضيات الكاملة التي أنهت حياتها.

تجربة رائدة

شارك الباحث يوشينوري أوسومي في مجموعة متنوعة من المجالات البحثية، ولكن عندما أنشأ مختبره الخاص في عام 1988، ركز على الآلية المسؤولة عن تحطيم البروتينات في الفجوة، وهي عضية في الخلايا النباتية تشبه وظيفيًا عضية الليزوزوم. في الخلايا البشرية. من السهل نسبيا دراسة خلايا الخميرة، لذلك غالبا ما تستخدم كنموذج للخلايا البشرية. وهي مفيدة بشكل خاص في تحديد موقع الجينات المهمة في المسارات الخلوية المعقدة.
ومع ذلك، واجه الباحث تحديًا صعبًا، وهو أن خلايا الخميرة عبارة عن خلايا صغيرة، وبالتالي لا يمكن التمييز بسهولة بين الهياكل الداخلية المختلفة داخلها تحت المجهر. وافترض الباحث أنه إذا عطل عملية التحلل في الأنبوب بينما كانت عملية الالتهام الذاتي لا تزال مستمرة، فيجب أن تتراكم جسيمات البلعمة الذاتية داخل الأنبوب وتسمح برؤيتها بالمجهر. لذلك، قام بزراعة خلايا خميرة متحولة تمت إزالة إنزيمات التحلل الموجودة في الكبسولة منها، وفي الوقت نفسه قام بتسريع عملية الالتهام الذاتي عن طريق تجويع الخلايا.
وكانت النتائج مذهلة - ففي غضون ساعات قليلة امتلأت التجاويف بالعضيات الصغيرة التي لم تخضع للتحلل (الشكل 2). كانت هذه العضيات عبارة عن جسيمات البلعمة الذاتية وأثبتت هذه التجربة أن عملية البلعمة الذاتية تحدث في خلايا الخميرة. وشكلت هذه النتائج إنجازا علميا مثيرا للإعجاب عندما نشرها الباحث عام 1992.

اكتشاف الجينات المسؤولة عن عملية الالتهام الذاتي

في هذه المرحلة، استخدم الباحث سلالات الخميرة المعدلة وراثيًا والتي تراكمت فيها البلعمة الذاتية بعد الجوع. لا ينبغي أن يحدث هذا التراكم إذا تم تعطيل الجينات الأساسية لعملية الالتهام الذاتي. قام الباحث بتعريض خلايا الخميرة لمادة كيميائية تسبب طفرات عشوائية في العديد من الجينات، ثم قام بتحفيز الالتهام الذاتي. كانت استراتيجيته ناجحة، ففي غضون عام من اكتشاف عملية الالتهام الذاتي في الخميرة، حدد أوسومي الجينات الأولى الأساسية لهذه العملية. وفي سلسلة من التجارب المتعاقبة، كان قادرًا على التوصيف الوظيفي للبروتينات المشفرة بواسطة هذه الجينات. أظهرت النتائج أن عملية الالتهام الذاتي يتم التحكم فيها عن طريق سلسلة من البروتينات وترافقات البروتين، كل منها ينظم خطوة متميزة ومحددة في بدء وتطور الجسيمات البلعمية الذاتية (الشكل 3).

الالتهام الذاتي - آلية أساسية في خلايانا

بعد التعرف على آلية عملية الالتهام الذاتي في خلايا الخميرة، يبقى السؤال الرئيسي هو: هل هناك آلية مماثلة في الكائنات الحية الأخرى؟ وسرعان ما أصبح واضحًا وجود آليات متطابقة تقريبًا في خلايانا. إن أدوات البحث المطلوبة لدراسة أهمية عملية الالتهام الذاتي لدى البشر كانت متاحة بالفعل للباحثين.

بفضل أوسومي والباحثين الآخرين الذين تابعوه، نعلم الآن أن عملية الالتهام الذاتي مسؤولة عن وظائف فسيولوجية مهمة حيث تكون المكونات الخلوية مطلوبة للتحلل وإعادة التدوير. يمكن للالتهام الذاتي أن يوفر بسرعة الوقود والعناصر الأساسية اللازمة لتجديد المكونات الخلوية، وبالتالي فهو ضروري للاستجابة الخلوية للمجاعة وأنواع الإجهاد الأخرى. بعد تطور العدوى، يمكن لعملية الالتهام الذاتي إزالة الفيروسات والبكتيريا التي غزت الخلايا. تستخدم الخلايا أيضًا عملية الالتهام الذاتي للتخفيف من العواقب السلبية لعملية الشيخوخة.
وقد تم ربط تعطيل عملية الالتهام الذاتي بمرض باركنسون والسكري من النوع الثاني والأمراض الأخرى التي تظهر في الشيخوخة. الطفرات في الجينات المسؤولة عن هذه العملية يمكن أن تؤدي إلى أمراض وراثية. كما تم ربط تعطيل الالتهام الذاتي بتطور السرطان. اليوم، يتم إجراء أبحاث قوية بهدف تطوير أدوية قادرة على التأثير على عملية الالتهام الذاتي في مجموعة متنوعة من الأمراض.
لقد عرفت عملية الالتهام الذاتي منذ خمسين عامًا، لكن أهميتها الأساسية في مجالات علم وظائف الأعضاء والطب لم يتم الاعتراف بها إلا بعد البحث الرائد الذي أجراه البروفيسور يوشينوري أوسومي في التسعينيات. ولهذه الاكتشافات حصل الباحث على جائزة نوبل لهذا العام في مجال علم وظائف الأعضاء/الطب.

ولد يوشينوري أوسومي عام 1945 في محافظة فوكوكا باليابان. حصل على الدكتوراه من جامعة طوكيو عام 1974. وبعد ثلاث سنوات قضاها في جامعة روكفلر في نيويورك بالولايات المتحدة الأمريكية، عاد إلى جامعة طوكيو حيث أسس مجموعته البحثية عام 1988. ومنذ عام 2009، أصبح أستاذاً في جامعة طوكيو. معهد طوكيو للتكنولوجيا.