Cellular autophagy

Il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina del 2016 è stato assegnato al professor Yoshinori Ohsumi per la scoperta dei meccanismi di autofagia cellulare. L’autofagia cellulare è il meccanismo regolato con cui una cellula smantella i suoi componenti non necessari o non più funzionanti.

Questo processo svolge diversi ruoli nella cellula.

• Mantenimento cellulare – L’autofagia cellulare (macroautofagia) è fondamentale per la sopravvivenza e la salute delle cellule. Questo processo garantisce lo smaltimento e il riciclo dei rifiuti all’interno di ogni cellula vivente. Nella macroautofagia, alcuni elementi che si trovano nel citoplasma sono isolati dal resto della cellula all’interno di una vescicola con doppia membrana, chiamata autofagosoma. L’autofagosoma alla fine si unisce con i lisosomi e il contenuto è degradato e riciclato.

• Sopravvivere alla mancanza di nutrimento – L’autofagia ha un ruolo vitale se un animale sta morendo di fame, per esempio durante un periodo di assenza di cibo. In queste situazioni, le cellule disassemblano le proteine, le parti non essenziali o le strutture danneggiate e le riutilizzano per ricavare energia. Negli esseri umani adulti, questo processo può fornire energia sufficiente per sopravvivere per circa quattro settimane senza cibo. 

• Risposta alle infezioni – L’autofagia svolge anche un ruolo essenziale nell’immunità cellulare, perché può catturare, distruggere e riciclare i patogeni che si trovano dentro alle cellule. Questo processo può portare all’attivazione delle risposte immunitarie innate e adattative contro i microrganismi. Le cellule ospiti hanno vari meccanismi per riconoscere e segnalare agli autofagosomi i batteri che si trovano all’interno delle cellule. Tuttavia, la co-evoluzione tra cellule ospiti e patogeni ha selezionato molti microrganismi infettivi capaci di evitare l’autofagia o di sfruttarla a proprio beneficio. Alcuni virus e batteri modificano i meccanismi dell’autofagia per promuovere la loro stessa duplicazione.

• Metabolismo – Le cellule distruggono alcune loro componenti richiudendole in membrane, formando vescicole che sono poi trasportate in un compartimento della cellula dedicato al riciclo, dove avviene la degradazione. L’interruzione di questo meccanismo è legato all’invecchiamento e a vari tipi di malattie come il cancro, le malattie infettive, le malattie del sistema immunitario e i disturbi neurodegenerativi. Utilizzando topi con specifiche mutazioni è stato possibile studiare l’autofagia e le sue alterazioni nei mammiferi.

Negli anni Sessanta del secolo scorso, alcuni ricercatori hanno osservato per la prima volta in topi e ratti che le cellule possono distruggere alcune loro parti. Per questi studi hanno ricevuto il Premio Nobel nel 1974. Al tempo, le difficoltà nello studio del fenomeno hanno limitato le conoscenze sul meccanismo dell’autofagia, sui geni coinvolti o sul suo ruolo nelle malattie e nel normale sviluppo. Ohsumi ha iniziato poi a studiare il processo nel lievito, e 30 anni dopo è stato in grado di condurre esperimenti che hanno identificato i meccanismi genetici e molecolari necessari per l’autofagia. Utilizzando come modello il lievito, Ohsumi ha mostrato i meccanismi dell’autofagia e ha spiegato in che modo un processo simile avviene nelle cellule umane. Il suo lavoro ha permesso di comprendere come una cellula ricicla il suo contenuto.

Dal lievito ai mammiferi

Negli esseri umani e negli altri mammiferi esistono gli omologhi di quasi tutti i geni del lievito per l’autofagia, anche se la situazione è resa più complicata dal fatto che i mammiferi hanno più di una copia per ciascuno dei geni. Il professor Noboru Mizushima dell’Università di Tokyo ha fatto un importante passo avanti quando, lavorando con Yoshinori Ohsumi, ha sviluppato un topo transgenico con particolari caratteristiche. In questo animale la proteina LC3, che si trova nella membrana dell’autofagosoma, è legata alla Green Fluorescent Protein (GFP, proteina verde fluorescente – vedi il Premio Nobel per la Chimica del 2008). Questo ha permesso a lui e ai suoi colleghi di osservare e monitorare il processo dell’autofagia in vivo nei topi per la prima volta.

Queste scoperte hanno ispirato centinaia di ricercatori in tutto il mondo a studiare il processo e hanno portato a un intero nuovo campo e a una nuova area di indagine. Hanno aperto la via per la comprensione dell’importanza fondamentale dell’autofagia in molti processi fisiologici, come l’adattamento alle condizioni di fame estrema o la risposta alle infezioni.

References:

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2016/

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2016/press.html  

http://micro.med.harvard.edu/Micro214/ChoyAutophagyReview_optional.pdf

https://www.nytimes.com/2016/10/04/science/yoshinori-ohsumi-nobel-prize-medicine.html

https://speakingofresearch.com/2016/10/03/nobel-prize-2016/

• Year: 2016
• Scientist(s): Yoshinori Ohsumi
• Animal(s): Topo
• Countries: Japan
• Research field(s): Biologia cellulare
• Medical application(s): Ricerca di base

Last edited: 19 January 2018 14:11