Lääketieteen Nobel-palkinto 2016

Yoshinori Ohsumille

hänen autofagian mekanismejakoskevista löydöistään.

Yoshinori Ohsumi

•1945 Syntymäpaikka Fukuoka, Japani•2009 – Professori, Tokyo Institute of Technology

Esityksen sisältö

• Mitä on autofagia?

• Autofagian merkitys soluille ja yksilöille

• Yoshinori Ohsumin tutkimus

• Oman ryhmäni tutkimusaihe

1. Materiaalin toimitus solunsisältä tai solun ulkopuolelta

2. Materiaalinpilkkominenentsyymien avulla

Lysosomi on solun kierrätyskeskus

3. Ravinteita jarakennusaineitasolulle

Lysosomeja

Tuma

Terveitämitokondrioita

Viallinen mitokondrio joutuu autofagosomiin,joka kuljettaa sen lysosomiin hajotettavaksi.

SolukalvoAutofagia on solunsisäinen kierrätysreitti

Elektronimikroskooppikuva autofagosomista

400 nm = 0,4 mm

1 mm = 0,001 mm

itokondrio

Autofagia

Tarpeettomien,viallisten ja haitallistenosien kierrätys

Solun sisäänpäässeidenmikrobien hajotus

Ravinto- ja rakennus-aineiden vapauttami-nen solulle

Hidastaaikääntymistä

Auttaa synnynnäistäja hankittuaimmuunipuolustusta

Estää solujenmuuttumistasyöpäsoluiksi

Yksilö Solu

Kuva

:Lin

daSa

lzman

Saga

n,G

NU

Free

Docu

men

tatio

nLi

cens

e

Kuva

:CC0

Publ

icDo

mai

n

Autofagian tehtäviä solussa ja yksilössä

Pitää kantasolutkantasoluina

Autofagian kierrätystehtävä on erityisen tärkeää erilaistuneissasoluissa, jotka eivät jakaannu:

- Hermosolut eli neuronit

- Lihassolut, sydänlihassolut

Autofagian kokeellinen vähentäminen:

• Lisää syöpäkasvainten esiintymistä• Lisää hermosolujen rappeutumista aivoissa

Autofagian kokeellinen lisääminen:

• Ehkäisee diabeteksen syntyä• Parantaa liikuntakykyä ikääntyneillä eläimillä

Autofagia pidentää ikää

• Autofagian estäminen esim. geenejäinaktivoimalla lyhentää elinikää.

• Autofagian lisääminen jatkaa elinikää.

• Ravinteiden määrää säätelee autofagian määrää:kun ravinteita saadaan vähän, autofagia lisääntyy.

Kuva: Merchen ym. 2014: Aging Cell 13:193-96

40% vähemmän kaloreita ruuassaRuokaa tarjollavapaasti

25 kk 39 kk

Ruuassa saatujen kalorien vaikutus elinikään hiirillä

Pros

entt

iahi

irist

äel

ossa

Aika viikkoina

Yhteenveto:

• Autofagia pidentää ikää ja estää ikääntymiseen liittyviäsairauksia.

• Ravinnon kaloripitoisuus korreloi elinikään käänteisesti.

Kun kaloreita saadaan vähemmän, elinikä pitenee.

Autofagia on yksi solutason mekanismeista, joihin tämä perustuu.

Madeo ym. 2015, J Clin Invest 125:85–93

Autofagia

Pitkäikäisyys

Solutaso-Tasapaino ravinne-

tilanteen vaihdellessa-Haitallisten solu-

elinten ja paakkuun-tuvien proteiinien

poistaminen

Yksilötaso-Vähemmän kasvaimia

-Hermosolujentoiminta paranee

-Vähemmäntulehduksia

-Rasvojen aineen-vaihdunta paranee

Autofagia ja hermosolut

• Monissa hermoston rappeumataudeissa hermosoluihin kertyypaakkuuntuvia proteiineja, ja usein myös viallisia mitokondrioita.

• Tällaisia tauteja ovat esim. Parkinsonin tauti, Alzheimerin tauti jaHuntingtonin tauti.

• Autofagia on yksi pääreitti, jolla solut hajottavat paakkuuntuviaproteiineja ja viallisia mitokondrioita.

• Autofagian osuutta hermoston rappeumataudeissa tutkitaan tällähetkellä paljon käyttäen erilaisia eläinmalleja.

Parkinsonin tauti

Monet Parkinsonin taudin riskigeenitkoodaavat autofagiareitillä tailysosomeissa toimivia proteiineja.

Kuva: Gan-Or ym. Autophagy 2015, 11:1443-57

Parkinsonin tauti

- Hermosoluihin kertyy paakkuuntuvaa synykleiinia

- Laboratoriokokeissa paakkuuntuvan synukleiini-proteiinin määrääon onnistuttu alentamaan lisäämällä autofagian aktiivisuutta.

- Autofagian aktiivisuuden lisääminen eläinmallissavähensi hermosolujen kuolemaa ja auttoi oireisiin.

- Hoidon ajoitus on ratkaisevaa:vain varhain aloitettu hoito auttaa.

Paljon lisätutkimuksia tarvitaan.Vielä ei tiedetä voiko autofagian aktiivisuuden lisääminen auttaahermoston rappeumataudeista kärsiviä potilaita.

Danonin tauti: mutaatio lamp2-geenissä

- Harvinainen, perinnöllinen sydänlihaksen tauti- Aiheuttaa sydänlihaksen suurenemista ja heikentymistä- LAMP2 on lysosomin kalvon proteiini.

Kuvat nettisivulta http://www.danondisease.org/id2.html

Danonin tauti: mutaatio lamp2-geenissä

Lamp2-geeni sijaitsee X-kromosomissaMiehellä on vain yksi X-kromosomi, naisella niitä on kaksi

Mies: XY-> lamp2-mutaation periminen äidiltä X-kromosomissariittää aiheuttamaan Danonin taudin

Nainen: XX-> lamp2-mutaation periminen vain toiseenX-kromosomiin toiselta vanhemmalta aiheuttaalievemmät oireet

Danonin tauti

- LAMP2 on lysosomin kalvon proteiini- Sydänlihassoluihin kertyy autolysosomeja- Autofagiareitin hajotus pysähtyy

loppuvaiheessaa

Lääketieteen Nobel-palkinto 2016

Yoshinori Ohsumille

hänen autofagian mekanismejakoskevista löydöistään.

Yoshinori Ohsumin haastattelu joulukuussa 2012:

- “Kaikki tutkimuslöytöni saivat alkunsa mikroskoopinääressä. Panen kaikki laboratoriooni tulevatopiskelijat työskentelemään mikroskoopin kanssa.”

- “Useimpiin elämän luonnetta koskeviinperuskysymyksiin voidaan vastata hiivojen avulla.”

- “Haluan jatkaa autofagian tutkimustamolekyylitasolla, selvittääkseni sen mekanismit perinpohjin. Tämä on missioni.”

Valomikroskooppikuva

Ohsumin käyttämä malliorganismi on leivinhiiva

Elektronimikroskooppikuva hiivasolusta

Soluseinä

Tuma

Vakuoli (lysosomi)

1 mm

Autofagiareitti kuvattiin nisäkässoluissa jo 1960-luvulla, kunelektronimikroskoopit kehitettiin.

Autofagiassa toimivia proteiineja ei kuitenkaan tunnettu, joten sentutkiminen oli hidasta ja hankalaa.

Ashford TP, Porter KR. Cytoplasmiccomponents in hepatic cell lysosomes.J Cell Biol 1962; 12:198-202.

Kokeissa käytettiin hiivakantaa, jonka lysosomaalinenhajotus oli hidastunut.

Ohsumi osoitti, että autofagiareitti toimii myös leivinhiivassa

Kuva: Takeshige ym. J Cell Biol 1992, 119:301-11

Ravinteikas viljelyliuos Viljelyliuos, josta puuttuu typpilähde

Ohsumi osoitti, että autofagiareitti toimii myös leivinhiivassa

Kuvat: Takeshige ym. J Cell Biol 1992, 119:301-11

Nomaali hiiva Mutanttihiiva

- Seulonnassa löydettiin 15 erilaistamutanttikantaa.

- Näistä kannoista tunnistettinensimmäiset 15 autofagiaasäätelevää geeniä ja proteiinia.

Ohsumi seuloi hiivamutantteja, joiden lysosomeihin ei kertynytautofagisia rakenteita typpipaaston aikana

Kuvat: Tsukada ja Ohsumi 1993, FEBS Lett 333:169-74

Mutanttihiivakannat kuolivat, jos viljelyliuoksesta puuttui typpilähde.

Normaali hiiva

Autofagiamutantti hiiva

Kuvat: Tsukada ja Ohsumi 1993, FEBS Lett 333:169-74

Kuva: Ohsumi Y, Cell Res. 2014 Jan;24(1):9-23.

Autofagiatutkimus on lisääntynyt voimakkaasti 2000 luvulla

Ohsumi selvitti myös, miten autofagiaa säätelevät proteiinit toimivat.

Autofagiaproteiinit muodostavat komplekseja, ”työtiimejä”.

Kompleksit toimivat tietyssä järjestyksessä autofagosomien muodostumisenaikana.

Autofagosomeja ei muodostu, jos yksikin näistä proteiineista puuttuu.

Ohsumi selvitti mm.

- missä järjestyksessä autofagiaproteiinitosallistuvat autofagosomien muodostumiseen

- mihin autofagiaproteiinit paikantuvathiivasolussa autofagosomin muodostumisenaikana.

- miten tietyt autofagioproteiinit sitoutuvattoisiinsa ja toimivat molekyylitasolla

Fagofori

Oman ryhmäni tutkimusaihe:Mistä fagoforin ja autofagosomin kalvo on peräisin?

Hypoteesi: Fagofori saa kalvomateriaalia muista,sitä lähellä sijaitsevista soluelimistä.

Solujen kaikki kalvot ovat lipidikaksoiskalvoja.Lipidien tutkiminen on hankalaa verrattuna proteiineihin.

Fagoforien kalvoissa on hyvin vähän kalvon läpäiseviä proteiineja.

Kuva: http://radicaltherapeutix.com/science.html