Периодическое голодание, долгая здоровая жизнь и клеточная аутофагия. Аутофагия как тип клеточной гибели - презентация Аутофагия болезнь

В среднем килограмм картофельных чипсов стоит в двести раз дороже, чем килограмм картофеля.

Последнее время мне все чаще задают вопросы об аутофагии. Сначала такая волна интереса к молекулярной биологии меня удивила. Но оказалось, дело в том, что различные «тренеры по питанию» рекомендуют делать длительные перерывы между приемами пищи, нечто типа голодания продолжительностью в 14-16 часов и называют этот процесс аутофагией.

Якобы во время такого голодания, организм перерабатывает старые, больные, поврежденные клетки и создает из них новые – молодые и здоровые. И якобы именно за изобретение такой «диеты» японский ученый Есинори Осуми получил Нобелевскую премию.

Если кротко, то все эти истории — неправда. Но короткого ответа в данной ситуации как мне кажется недостаточно. Поэтому давайте разбираться подробно.

Есинори Осуми на самом деле существует, он биолог, работает в сфере молекулярной биологии. И он действительно получил Нобелевскую премию за то, что «выяснил механизм аутофагии, самофагоцитоз, в котором голодные клетки используют собственный белки в качестве источника питания». Но никакого отношения к похудению и омоложению организма это не имеет вообще. Я думаю, господин Осуми вообще очень сильно бы удивился, если бы узнал о подобной трактовке его работы.

Что такое аутофагия

Это механизм, обнаруженный в клетках эукариотических организмов, от дрожжей до людей, предотвращающий накопление аномального количества белка в клетке, обеспечивающий рециркуляцию белков при чрезмерном их синтезе. В случае голодания, разрушение клеточных компонентов способствует выживанию клеток, поддерживая уровни клеточной энергии.

Аутофагия участвует в поддержании гомеостаза живых организмов путем устранения патогенных микроорганизмов, вторгшихся в цитоплазму.

При болезни аутофагия рассматривается в одних случаях как адаптивный ответ на стресс, который способствует выживанию, а в других, способствует гибели клеток и заболеванию (болезнь Альцгеймера, ИБС и др.).

Как работает аутофагия в масштабе организма

Для того чтобы клетки могли выполнять жизненно важные функции, организму необходимо синтезировать белки, которые состоят из аминокислот. То есть для того, чтобы клетки могли функционировать нормально, нужны незаменимые аминокислоты, служащие источником питательных веществ.

При голодании, когда питательные вещества истощаются, а поступление аминокислот прекращается, организму может быть нанесен серьезный ущерб, связанный с гибелью клеток. Однако считается, что клетки могут временно избежать этого повреждения с помощью аутофагии.

Когда происходит аутофагия, часть белка, всегда присутствующего в клетке, разлагается с образованием пептидов или аминокислот. Тем не менее, избегание голода при помощи аутофагии носит временный характер и не может помочь, если голод продолжается в течение длительного времени. А когда аутофагия прогрессирует чрезмерно, это приводит к гибели клеток.

Роль аутофагии в предотвращении и провоцировании заболеваний

Как уже понятно из написанного выше, аутофагию никак нельзя назвать процессом однозначно полезным или однозначно вредным. Все зависит от конкретной ситуации и интенсивности процесса.

Например, аутофагия играет важную роль при раке. И роль может быть абсолютно противоположной. Она может, как защищать от рака, уничтожая потенциально опасные клетки, так и способствовать прогрессированию рака, помогая выживать опухолевым клеткам.

Аутофагия при болезни Альцгеймера наносит вред . Исследователи из Центра RIKEN в Японии выяснили, что отсутствие аутофагии в нейронах предотвращает секрецию бета-амилоида и образование амилоидных бляшек в мозге. Те же данные получили исследователи из Университета Сарагосы.

А вот при наследственной форме болезни Паркинсона, наоборот, отсутствие аутофагии , служит причиной накопления компонентов вызывающих гибель нейронов.

На заболевания сердечно-сосудистой системы, аутофагия влияет как положительно так и отрицательно. При ранних стадиях, например, гипертонии аутофагия помогает быстрее восстановить ткани, но при избыточной активации может усилить их повреждение. Особенно с учетом того, что регенеративная способность тканей миокарда крайне ограничена.

Поскольку нарушение процесса аутофагии вовлечено в патогенез широкого спектра заболеваний, ученые всего мира прилагают большие усилия для выявления или создания лекарств которые будут способны ее регулировать. Не только ускорять, но и замедлять или даже останавливать.

Какое отношение аутофагия имеет к похудению и омоложению?

К похудению однозначно никакого. В контексте питания, аутофагия это механизм который при голодании, больших физических нагрузках и др. позволяет поддерживать гомеостаз. Можно сказать, благодаря аутофагии, организм может безвредно голодать какое-то время, получая нужные аминокислоты из собственных тканей. То есть это функция, сохраняющая жизнь организма, во время перебоев с получением пищи.

Поскольку лишний вес это отнюдь не лишние белки, а лишний жир, абсолютно непонятно как адепты «аутофагии для похудения» вообще связали этот процесс со снижением веса.

С омоложением тоже проблема. То, что одна клетка погибла, не означает, что новая, сформировавшаяся вместо нее будет лучше по качеству и никто не может гарантировать, что это не будет клетка злокачественной опухоли.

Хотя конечно, не следует сбрасывать со счетов, что дисфункции процесса аутофагии играют роль во многих возрастных заболеваниях. Например ученым удалось увеличить продолжительность жизни нематод и фруктовых мух увеличив аутофагию. Но учитывая разницу в физиологии нематоды и человека и роль аутофагии в нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваниях, нельзя сказать, что такие же методы приведут к увеличению продолжительность жизни человека.

В общем, чтобы делать какие-то выводы о влиянии процесса аутофагии на продолжительность жизни, придется подождать, пока исследователи всесторонне изучат этот процесс и получат однозначные ответы.

Резюмируя вышеизложенное можно сказать только одно. «Чудесной пилюли» для похудения как не было, так и нет. Чтобы похудеть, чувствовать себя лучше и выглядеть моложе, нужно воспользоваться простым старым способом – правильно питаться, заниматься физкультурой и нормально высыпаться.

Забудьте, наконец, об очищении соком или детоксовых диетах. Нельзя сказать, будто есть что-то плохое в том, чтобы употребить огромное количество измельченной капусты кейл. Однако не ожидайте, что это вымоет токсины из вашего организма быстрее, чем если бы вы питались, как обычно.

Самоканнибализм

Хорошие же новости заключаются в том, что существует малоизвестный способ, позволяющий вам действительно очистить организм, и это тот процесс, который вы можете самостоятельно контролировать. Все, что вам нужно, - это практиковать самоканнибализм. Постойте, что? Нет, вы не ослышались! И да, вы действительно можете обучить свое тело поедать себя. Хотите верьте, хотите нет, но вам это определенно нужно.

Что такое аутофагия?

Естественный процесс, называемый аутофагией (буквально - «самопоедание»), - это встроенная система очистки организма. Ваши клетки создают мембраны, которые охотятся за остатками мертвых, больных или изношенных клеток, пожирают их, разбирают их на запчасти и используют пригодные молекулы для того, чтобы производить энергию.

Очищение тела через переработку ненужных частиц

Вы можете думать об этой системе, как о внутренней программе переработки в вашем организме. Аутофагия делает организм человека более эффективным, так как он сам избавляется от неработающих частиц, останавливает рост раковых клеток, а также препятствует метаболическим дисфункциям, таким как ожирение или диабет.

Польза аутофагии

Существуют также доказательства того, что этот процесс может сыграть важную роль в контроле воспаления и иммунной системы. Когда ученые вывели крыс, у которых отсутствовала способность к аутофагии, они становились толстыми, сонливыми, у них был повышенный уровень холестерина и мозговые нарушения. Если сложить все вместе, то можно смело сказать, что аутофагия - это ключ к замедлению процесса старения, и вы можете научиться тому, как контролировать ее в вашем организме.

Как спровоцировать аутофагию?

Так как же вам стоит поедать самих себя? Это вопрос, который вы вряд ли задавали ранее, но сейчас вы узнаете на него ответ. В первую очередь вам стоит узнать, что аутофагия - это реакция на стресс, так что вам придется довести ваш организм до стрессового состояния, чтобы запустить в более усиленном режиме ваши системы самоканнибализма. В данный момент вы думаете, что эта статья выглядит совсем уж странно, но поверьте: если вы дочитаете ее до конца, то ваша жизнь может серьезно измениться к лучшему. Как обычно и бывает, кратковременный дискомфорт может привести к долговременным преимуществам, поэтому вам стоит ознакомиться с этими тремя наиболее эффективными способами запустить процессы аутофагии.

Упражнения

Вам всегда стоит помнить о том, что упражнения - это первейший способ довести ваш организм до стрессового состояния. Занятия спортом на самом деле наносят урон вашим мышцам, вызывая крошечные микротрещины, которые ваше тело тут же начинает залечивать, что делает ваши мышцы более сильными и более устойчивыми к дальнейшему подобному урону. Занятия спортом - это один из самых популярных способов, которым люди непреднамеренно очищают свой организм. Так что то ощущение свежести и обновленности после тяжелой тренировки - это признак того, что вы очистились. Одно исследование подробно изучило аутофагосомы - структуры, которые формируются вокруг поврежденных клеток, от которых тело решило избавиться. После того как ученые вывели крыс, у которых аутофагосомы светятся ярко-зеленым светом, они обнаружили, что скорость, с которой эти структуры избавляются от поврежденных клеток, у крыс, пробежавших тридцать минут на колесе, значительно возрастает. И скорость продолжала расти даже тогда, когда крысы бежали уже почти полтора часа без перерыва. Но что насчет людей? Определение необходимой нагрузки и продолжительности упражнений, которые запустят процессы аутофагии, а также степени, в которой этот процесс можно регулировать, является сложным вопросом, и на него сейчас не так просто найти точный ответ. Однако можно сказать, что упражнения дают большое количество преимуществ, даже если не учитывать их роль в аутофагии, так что вам в любом случае стоит заниматься спортом. И если вы любите тяжелые упражнения - для вас же лучше. Чем интенсивнее занятия спортом, тем больше выгода.

Голодание

Ирония заключается в том, что у тех, кто любит «очищать» организм с помощью соков и смузи, употребление любой пищи работает против аутофагии. Отказ от еды - это действие, которое принесет вам немало стресса. Вашему организму это определенно не понравится, но в итоге он получит от этого огромную пользу. Более того, ученые уже успели продемонстрировать, что от периодического голодания имеется немало конкретных преимуществ, таких как снижение риска возникновения диабета или сердечно-сосудистых заболеваний, и все они записываются на счет аутофагии.

Также поражает то, как много исследований было сосредоточено на действии этого процесса в головном мозге человека во время голодания. Предполагается, что данный процесс может быть эффективным способом снижения риска возникновения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или Паркинсона. В ходе некоторых исследований было обнаружено, что периодическое голодание улучшает когнитивные функции мозга, структуру мозга, а также нейропластичность, что может позволить мозгу запоминать новую информацию с большей легкостью. Конечно, не было конкретно доказано, что именно аутофагия является этому причиной, а также стоит упомянуть, что испытания проводились на грызунах. Поэтому нельзя сразу же сказать с уверенностью, что у людей будет такая же реакция. Практикующие специалисты говорят, что если вы хотите эффективно голодать, то вам лучше делать это периодически, сессиями от 12 до 36 часов. В процессе голодания рекомендуется ограничивать физическую активность только растяжкой или базовыми занятиями йогой.

Ограничивайте употребление углеводов

Хотя некоторые профессионалы не едят по 18 часов несколько раз в неделю, они признают, что среднестатистическому человеку будет сложно так жить. Простой отказ от еды при любом возможном случае также может оказаться неплохим вариантом - исследования показали, что даже один день голодания в месяц уже снижает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Но существует и другой способ получить все ту же пользу, при этом не отказываясь от вашего любимого стейка (хотя от конфет вам все же придется отказаться). Этот способ называется кетозом - все более популярной диетой среди бодибилдеров и всех тех людей, которые хотя жить дольше. Суть кетоза заключается в том, чтобы снизить содержание в организме углеводов настолько, чтоб у вашего тела не оставалось другого выбора, кроме как использовать жир в качестве источника энергии. Кетоз позволяет людям избавиться от жира, при этом сохраняя мышцы, и существуют доказательства того, что такая диета помогает организму бороться с раковыми опухолями, снижает риск возникновения диабета, а также защищает от возникновения некоторых видов умственных расстройств, в частности от эпилепсии. Исследования показывают, что более половины детей с эпилепсией, которые придерживались этой диеты, начали испытывать приступы в два раза реже. Кетоз - это как обход аутофагии. Вы получаете все те же метаболические изменения и преимущества, что и от голодания, но при этом вам не приходится голодать.

Суть процесса аутофагии (греч. — “самопоедание”) — утилизация органелл и макромолекул в клеточных компартментах. Это механизм адаптации клеток к недостатку питательных веществ. Когда наступает легкий “голод” клетка отдает часть своих макромолекул для преобразования их в мономеры, которые подходят для синтеза нуклеиновых кислот, новых белков, углеводов и липидов.

Процесс аутофагии необходим для удаления из клеток поврежденных элементов, белковых агрегатов, например. В результате аутофагии, поврежденные органеллы и макромолекулы, которые находятся в цитоплазме, попадают в особый отдел клетки, где расщепляются на малые молекулы. Затем эти молекулы, становятся строительным материалом, из которого образуются новые органеллы и биополимеры (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и другие элементы, необходимые для работы организма).

Аутофагия — это нормальное явление в жизни организма. Но чрезмерная аутофагия может привести к гибели клетки. Поэтому её можно рассматривать как одну из форм программируемой смерти клетки также как апоптоз и некроз.

Есть все основания полагать, что аутофагия представляет собой внутреннюю программу переработки вредных веществ в организме. Она повышает эффективность организма, избавляя его от нефункционирующих частиц, останавливая развитие раковых клеток и препятствуя метаболическим дисфункциям, например, диабету или ожирению. Аутофагия, при нормальном течении выводит скопившийся мусор из клетки и способствует омоложению организма.

При аутофагии в цитоплазме сначала происходит процесс формирования аутофагосом – пузырьков, которые окружает двухслойная мембрана, и которые содержат в себе часть цитоплазмы и клеточные органеллы, такие как фрагменты эндоплазматического ретикулума, рибосомы и митохондрии. После этого аутофагосомы объединяются с лизосомами, образуя аутолизосомы. В них под действием лизосомных ферментов (гидролаз) деградируют органеллы и макромолекулы.

Типы аутофагии

Выделяют три типа аутофагии

Микроаутофагия. При этом типе аутофагии частички клеточных мембран и макромолекулы захватываются лизосомой. Благодаря этому при нехватке строительного материала и энергии (например, когда человек голодает) клетка способна переваривать белки. Однако механизмы микроаутофагии активизируются и в нормальных условиях.

Макроаутофагия. При этом типе часть цитоплазмы (чаще всего та, которая содержит органоиды) окружается мембранным компартментом. В итоге эта часть двумя мембранами отделяется от остальной цитоплазмы, превращаясь в аутофагосомы. Они объединяются с лизосомами и образуют аутофаголизосомы, где перевариваются органеллы и прочее содержимое аутофагосом. При помощи этого вида аутофагии клетки могут избавляться от органоидов, которые «отслужили свой срок».

Шапероновая аутофагия. При этом процессе частично денатурировавшие белки целенаправленно транспортируются из цитоплазмы в полость лизосомы для последующего переваривания. Инициировать данный тип аутофагии (кстати, описан он лишь для млекопитающих) можно с помощью стресса, например, серьезными физическими нагрузками или голоданием.

Результаты исследований влияния аутофагии на организм человека

Низкокалорийная диета по некоторым данным увеличивает продолжительность жизни примерно на 30-40%. Ограничения в питании активизируют выработку организмом особых генов, отвечающих за долголетие и способствующих продолжению жизни даже в условиях относительно скудного питания.

Есть также данные о том, что аутофагия имеет серьезное значение для контроля иммунной системы и воспалительных процессов. Опыты на мышах показали, что у особей с неработающим геном ATG наблюдались сонливость и ожирение, мозговые нарушения и повышенный уровень холестерина. Такие «особенности» способны привести самым серьезным последствиям для организма.

Аутофагия и рак

Ученые из университета Пенсильвании, занимающиеся поиском эффективного средства против рака, сделали еще один важный шаг благодаря данным об аутофагии. Теперь они могут с полным правом говорить о том, что создание на самом деле работающего метода борьбы с онкологическими заболеваниями не за горами.

В частности, исследователи работали с лизосомным ферментом PPT1, и с его помощью им удалось разработать лекарственный препарат, показавший высокие результаты в борьбе с такими заболеваниями как колоректальный рак, опухоль поджелудочной железы и меланома. Но пока все опыты, опять же, были проведены на мышах.

Фермент PPT1 отвечает за два важнейших процесса в жизнедеятельности и росте раковых клеток. Первый процесс – это сама аутофагия, позволяющая выживать онкоклеткам, а второй – мишень рапамицина (mTOR), отвечающая за неконтролируемый рост опухолей. Кстати, препараты, которые применяются в последние годы, тоже направлены на мишень рапамицина, но отличие их в том, что процесс аутофагии они не учитывают, из-за чего нет возможности повлиять на устойчивость онкоклеток к лечению.

Теперь же, благодаря открытиям, показавшим, что можно «заставить» клетки поедать самих себя, избавляться от поврежденных частиц и получать новые ресурсы для восстановления, ситуация в корне изменилась. Ученые обнаружили, что mTOR тоже может использовать аутофагию, чтобы обеспечить себе ресурсы, а при воздействии на фермент PPT1 активность первого подавляется, и процесс аутофагии блокируется. Это и есть причина, по которой раковая опухоль начинает воспринимать противораковую терапию.

Негативное влияние аутофагии на организм веловека

Однако все эти достоинства аутофагии – лишь одна сторона медали. Очень важно понимать и всегда помнить о том, что она может сказаться на состоянии организма и отрицательно. Правда, касается это лишь определенной категории людей.

Противопоказанием для запуска и стимулирования аутофагии являются:

• Иммунодефицит
• Гастрит
• Масса тела ниже нормы
• Ишемическая болезни сердца
• Психические нарушения
• Диабет
• Депресся
• Гипотония
• Беременность
• Лактация
• Приём лекарств, несовместимых с голоданием

Если пренебречь этими противопоказаниями, можно серьезно ухудшить состояние своего организма, усугубить уже имеющиеся недуги и серьезно подорвать здоровье. В остальном же, как утверждают ученые, аутофагия – это вполне безопасный способ очищения и омоложения. Запустить ее можно самостоятельно.

Как запустить аутофагию для омоложения

Злоупотребление высококалорийной нездоровой пищей приводит к тому, что аутофагия не запускается. Это приводит к ускорению старения, клеточным мутациям, снижению иммунитета.

Если ввести клетки в режим голодания они вынуждены будут использовать другие ресурсы для функционирования и восстанавливаться, избавляясь от вредных веществ. В этом процессе необходимо избегать крайностей, так как постоянное недоедание может привести к дегенеративным процессам.

Голодание для запуска аутофагии

Всего можно выделить несколько его голодания, мы подробно рассмотрим два из них — прерывистое и пролонгированное. Их описал известный итальянско-американский биогеронтолог и клеточный биолог Вальтер Лонго,который много лет исследовал воздействия голодания и ограниченной диеты на продолжительность жизни и здоровье. Здесь говоря о голодании мы имеем ввиду отказ от пищи, но не от воды.

Прерывистое голодание

Суть прерывистого голодания: сутки без пищи, за которыми следует 1-2 суток нормального питания.

Научные исследования говорят о том, что благодаря прерывистому голоданию активизируются нервные связи и улучшаются когнитивные функции, снижается частота сердечных сокращений и артериальное давление, задерживается появление опухолей, повышается чувствительность тканей к инсулину, улучшается регенерация крови, предотвращаются воспалительные заболевания, увеличивается число белых клеток в крови и стимулируется иммунная система.

Опыты, проведенные на мышах мышами, подтвердили пользу прерывистого голодания как профилактики нейродегенеративных, сердечно-сосудистых и опухолевых заболеваний, а также сахарного диабета. Последующее наблюдение уже за людьми показало, что прерывистое голодание нормализует артериальное давление и уровень глюкозы, снижает количество маркеров воспаления у страдающих бронхиальной астмой.

Не стоит, конечно, отказываться от популярной сегодня диетологической нормы питания часто и понемногу, но все же нужно иметь в виду, что из-за такого режима усиливается выработка инсулина, от этого клетки теряют к нему чувствительность, что в свою очередь может привести к сахарному диабету второго типа. Так что даже эту норму (питаться часто и понемногу) полезно время от времени разбавлять периодическим голоданием.

Пролонгированное голодание

Суть пролонгированного голодания: 2-3 (иногда больше) суток без пищи, за которыми следует как минимум 7 дней перерыва до следующих 2-3 суток голодания.
Результаты научных исследований говорят о том, что пролонгированное голодание приводит к активизации аутофагии, повышению чувствительности опухолей к терапии, улучшению регулирования уровней инсулина (и инсулиноподобного фактора роста 1) и глюкозы.

Также голодание по такой схеме снижает массу печени и количество лейкоцитов в крови. Но возобновление питания продуцирует мощные процессы регенерации, как в иммунной системе, так и в печени. По этой причине пролонгированное голодание допускается лишь под контролем специалиста. Особую же осторожность в этом случае необходимо соблюдать людям старше 65 лет, т.к. в этом возрасте недостаток белков может вызвать нежелательную потерю мышечной массы.

• Даже при полном отказе от питания на сутки и более необходимо пить достаточное количество воды.
• Очень удобный и безопасный способ стимулирования аутофагии заключается в отказе от 1-2 приемов пищи (например, ужина и/или обеда) 2-3 раза в неделю
• При имитации периодического голодания в течение 5 дней (еще один совет от Вальтера Лонго) необходимо употребить не более 100 калорий в первый день и по 500 калорий – в оставшиеся четыре дня

И, конечно же, говоря о диете, мы не могли упустить вопрос на тему правильности и неправильности питания вообще. Все мы уже по сотне раз слышали, что нельзя есть после 18 часов. И с позиции новых данных, полученных об аутофагии Есинори Осуми, это утверждение снова подтверждается, а вот вопрос о пользе частого дробного питания остается открытым.

Опыты показали, что при одинаковом количестве калорий в сутки мыши, которые питались с интервалом в 12 часов, «показывали» лучшие результаты, нежели те, которые питались часто и понемногу. Так, у мышей первой группы наблюдалось улучшение циркадных ритмов и они лучше спали, но главное – у них переставали развиваться и даже обращались вспять метаболические заболевания.

Это в очередной раз говорит о том, что если вдруг в течение дня вы не успеваете поесть, имея возможность питаться лишь утром и/или вечером, нужно не расстраиваться, а радоваться, ведь так вы запускаете аутофагию на благо своему организму. Точно так же и питание с перерывами в 12 и более часов активизирует аутофагию. Как бы странно это не звучало, но такой режим питания способствует снижению жировой массы без потери мышечной, снижению в крови уровня глюкозы и холестерина.

А голодание свыше 13 часов в период с вечера до утра минимизирует риск развития рака груди.

Но здесь мы хотим заметить: ни в коем случае не следует воспринимать аутофагию в качестве лекарства. По большей части это профилактика разных недугов, но никак не их лечение. Имейте это в виду и не делайте ложных выводов.

Если же вам совсем не хочется голодать, есть способ возбудить процессы аутофагии и без ограничения себя в еде. Для этого необходимо включить в свой рацион некоторые специфические продукты, в которых содержатся активизирующие нужные процессы вещества. Такими продуктами являются (в скобках указаны вещества):

• Сок граната, клубники и малины, а также красное вино, выдержанное в дубовых бочках (уролитин А)
• Грейпфрут, сыр и грибы (спермидин)
• Горькие огурцы (кукурбитацин)
• Соя (диосцин)
• Красный виноград (ресвератрол)
• Карри (куркумин)
• Какао и зеленый чай (катехин и эпикатехин)
• Корень женьшеня (магнофлорин)
• Бурый рис (гамма-токотриенол)
• Грецкие орехи и арахис, шампиньоны, ячмень, бобовые, овес, хлеб и белое мясо (витамин B3)
• Также возьмите на заметку овсянку, рыбий жир, айву, оливковое масло, сметану, шпинат, капусту, бруснику, кефир и яйца – вещества, содержащиеся в этих продуктах, стимулируют обновление клеток.

Аутофагия и спорт

Процесс аутофагии запускают не только голодание и правильное питание, а еще и физические нагрузки и спорт. Но чтобы это произошло, нужно придерживаться некоторых принципов.

Известно, что эффект от физических упражнений возникает только тогда, когда организм испытывает стресс. Аутофагия возникает по той же самой причине, а потому спорт – это еще один способ ее запуска и усиления.

Физические нагрузки приводят к микроповреждениям тканей и мышц, которые, восстановившись, становятся сильнее, делая более сильным и тело человека. А еще упражнения позволяют очистить организм от токсинов благодаря потению, чего и требует любая детокс-программа. Причем многие специалисты уверены, что именно физические нагрузки служат главным фактором для эффективной детоксикации.

Что касается количества физических упражнений с целью стимулировать аутофагию, то оно пока точно не известно. Но установлено, что наибольшим эффектом обладают интенсивные упражнения, а значит, о легкой нагрузке стоит на время забыть.
Несмотря на то, что долголетию способствуют умеренные нагрузки в объеме 150-450 минут в неделю (они снижают риск преждевременной смерти более чем на 30%), если вы будете уделять хотя бы 30% тренировочного времени на упражнения повышенной интенсивности, то сможете запустить аутофагию и увеличить продолжительность своей жизни еще примерно на 13%.

Так что тренируйтесь, не жалея себя (в здоровом смысле, естественно), и мощное улучшение состояния организма не заставит себя долго ждать (при этом не забывайте рассчитывать свои силы и берите во внимание свое текущее физическое состояние).
И, напоследок, еще раз напомним, что аутофагия – это ни в коем случае не лекарство, и считать его панацеей от всех бед нельзя.

Вы должны знать о ней и использовать ее, чтобы очистить свой организм и продлить себе жизнь, но делать это нужно с умом, будучи внимательным к своему текущему состоянию и не пренебрегая принципами здорового питания и здорового образа жизни вообще.

Фима Собак, несомненно, была культурной девушкой…
ей было известно одно такое слово…
Это было богатое слово: гомосексуализм.
Ильф и Петров

Ну а мы, следуя за Фимой рассмотрим сегодня, что же значит не менее богатое слово АУТОФАГИЯ

Важным процессом в осознанной практике голоданий является понимание процесса аутофагии. Можно конечно голодать и без этих знаний, хуже или лучше, понятно, от этого не станет. Но, знание-сила, как я всегда говорю. Чем ты осознаннее, чем лучше понимаешь процессы, происходящие в организме в определённых случаях, и вообще, тем легче, здоровее, и дольше ты живёшь.

Даже в здоровом человеческом теле клетки постоянно повреждаются, как нормальная часть обменных процессов. Что уж говорить о том, когда мы живём в суровой нашей экологии и в недостатке питательных веществ в угоду углеводам (как части старой пропаганды).
Да и по мере того как мы стареем мы сталкиваемся со всё большей и большей деградацией и повреждением клеток.
И тут первое, и скорее всего единственное, средство для борьбы «со старостью» — аутофагия.
Она как Чип и Дейл спешит на помощь, освобождая тело от повреждённых клеток, от клеток стареющих, от клеток уже не работающих в нужной мере, но не покидающих тело по тем или иным причинам.
Причина, по которой следует удалять стареющие, повреждённые и мутированные клетки – они могут способствовать воспалительным процессам и возникновению различных заболеваний.

Раньше, ещё каких-то 100-150 лет назад так и было в природе, в человеке природно заложен процесс голодания. Но современная, «свеженькая» наша цивилизация убила всё это, родив вместо человека разумного (Homo sapiens, то бишь), человека жрущего, бездумного Потребителя с большой буквы, абсолютно не задумывающегося о последствиях своего опрометчивого отношения к организму. Плохо, конечно, это всё. Но, каждый волен поступать, тем более с собственным организмом, как ему вздумается.

Посмотрим что же такое аутофагия с научной точки зрения.

Слово «аутофагия» было придумано немногим более четырёх десятилетий назад и происходит от греческих слов «auto» (что означает — сам) и «phagy» (что означает — еда). Самоедство, по-русски говоря.

Аутофагия – упорядоченный и регулируемый процесс в организме, который разрушает и перерабатывает компоненты клеток. Исследователи считают, что аутофагия — это механизм выживания, или способ, которым организм ловко реагирует на стресс, чтобы защитить себя.

А вот точная цитата из научных работ:
«Аутофагия - процесс лизосомальной деградации цитоплазматического материала. Описанный почти одновременно с апоптозом, но как вариант альтернативной гибели клетки, процесс аутофагии имеет более сложный биологический смысл».

Апоптоз , к примеру, был известен уже с 1972 года, открытый Джоном Керром.

*Апоптоз — программируемая клеточная гибель, в результате чего клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Фрагменты мёртвой клетки быстро «съедаются» макрофагами или соседними клетками, минуя развитие воспалительной реакции.

И это тоже не страшно, ни апоптоз, ни аутофагия это не какой-то жуткий канибальский процесс. Это как, знаете, была у вас любимая машина, но с годами побилась, проржавела, детали повыходили из строя.

Или, например шкафчики кухонные, на одном уже дверца на соплях держится, сколько её не ремонтируй, в другом полки поотваливались, термиты их сожрали, там поцарапалось, тут облезло, здесь расшаталось (да и вообще, старый уже и не модный)….

И прежде чем купить новую машину или шкафчики те же, надо старое выбросить, хоть и любимое было и вроде как пригодилось бы. Но нет. От старого хлама всегда только проблемы, и времени, и средств оно высасывает больше, чем приносит пользы.
Так и с организмом, процесс тот же, старый хлам долой, что бы очистить место новому – это апоптоз .

С другой стороны, если в машине, к примеру, бок только помяли или поцарапали, или деталь сломалась какая-то, а машинка ещё ничего себе, годная. В шкафчике только дверца вдруг отвалилась, то незачем выбрасывать всю вещь, можно только детали заменить – это аутофагия .

Такое явление, как аутофагия было обнаружено совсем недавно, и в исследованиях на животных смогли пронаблюдать, как аутофагия может омолаживать и способствовать долголетию, приносить пользу нервной системе, иммунной системе, сердцу, метаболизму и работе организма в целом.

И как выяснилось в ходе последующих исследований единственный способ вызывать в организме качественную и длительную аутофагию — это практиковать голодание .

Мы знаем, что глюкагон является антагонистом инсулина — если инсулин повышается, то глюкагон понижается. И обратно — когда инсулин понижается, то глюкагон идет вверх. Мы знаем, что процесс питания, то есть когда пища попадает в нас, повышает инсулин — глюкагон , соответственно, не работает. А когда мы не едим (в частности, голодаем), уровень инсулина снижается или совсем не включается выработка инсулина, работает наш глюкагон .

Именно на голодании высокий уровень глюкагона обеспечивает запуск процессов аутофагии — это и есть сущность клеточного очищения. Организм распознает старые клетки, маркирует их, а затем разрушает.
Вот эти все дефективные, мутировавшие или старые клетки как раз и есть тот самый мусор, который нужно выбрасывать, он и есть причина старения организма.

Но процесс аутофагии на голодании (именно на голодании) заключается не только в поедании старых и больных клеток, этот процесс ещё и стимулирует выработку гормона роста , который в свою очередь запускает производство новых молодых клеток – то есть, голодая, мы полностью обновляем наш организм.

Как я и говорила выше, все очень просто, как и в жизни: прежде чем появятся новые вещи, мы должны избавится от старых. Вы же не будете покупать новую мебель и ставить ее рядом со старой?!

Процесс уничтожения не менее важен, чем процесс создания, здесь важно всё вкупе, голодание поворачивает вспять процессы старения, заменяя старый клеточный мусор новыми структурами.

Страшная мысль, что клетки поедают друг друга пугает «неокрепшие умы». Многие спрашивают вредно это или полезно для организма.

Да, это определенно хорошо! Как упоминалось выше — аутофагия процесс «самопитания», который может показаться довольно страшным, но на самом деле является нормальным способом проведения процессов клеточного обновления вашего тела.
На самом деле, аутофагия настолько полезна, что теперь ее называют «ключом к профилактике таких заболеваний, как рак , нейродегенерация , кардиомиопатия , диабет , заболевания п ечени , аутоиммунные заболевания и инфекции » и «эликсиром молодости».

Почему эликсир молодости ? Да потому что — аутофагия имеет много средств против старения, поскольку она помогает разрушать и повторно использовать поврежденные компоненты, возникающие в вакуолях (пространствах) внутри клеток. Другими словами, процесс аутофагии в основном работает с использованием отходов, образующихся внутри клеток, создавая новые строительные материалы, которые помогают в восстановлении и регенерации.

Ёсинори Осуми

Благодаря последним исследованиям и, собственно товарищу Ёсинори Осуми (не буду тут о нём писать, потому что и так уже весь интернет завален его достижениями), мы теперь знаем, что аутофагия важна для «очистки» организма и защиты от негативных последствий стресса.

Однако ученые до сих пор подчеркивают, что точный способ работы процессов аутофагии только начинает пониматься. Ещё не всё до конца изучено.
До какого там конца, когда только-только начали исследовать серьёзно это дело. Я потому всегда расстраиваюсь, что никто до сих пор серьёзно не изучил процессы длительного голодания. Совсем никто. Всё это так и держится на научных работах Николаева, но у него просто возможностей современных не было, он не мог изучить, что и как в клетках происходит. Надеюсь, что займутся.

Но вернёмся к аутофагии.

В процессе аутофагии старые, больные и «устаревшие» или нерабочие запчасти клеток распадаются на аминокислоты, количество которых в самом начале процесса голодания повышается.

Включаются три этапа переработки «мусора»:
Аминокислоты доставляются в печень для глюконеогенеза, разлагаются до глюкозы через цикл трикарбоновой кислоты (TCA) и становятся дальнейшим строительным материалом для новых белков.

Кроме этого в дело ещё вступают Лизосомы , которые могут разрушать большие поврежденные структуры, такие как митохондрии, а затем помогают транспортировать эти поврежденные части, чтобы они использовались для производства топлива.
Подводя всему этому сложному процессу итог: поврежденный материал сначала должен быть транспортирован в лизосому, затем деконструирован, а затем отправлен обратно для повторного использования.

Исследователи предлагают (и планируют изучать эти сферы более досконально), что некоторые из самых важных преимуществ аутофагии включают в себя такие важные вещи, как:

Обеспечение клеток молекулярными строительными блоками и энергией

Переработка поврежденных белков, органелл и агрегатов

Регуляция функции митохондрий клеток, которые производит энергию, но могут быть повреждены оксидативным усилием (Оксидативное усилие это разница между продукцией свободных радикалов и способностью тела противодействовать или детоксицировать их пагубное воздействие через обезвреживание «противостарителями»)

Очистка поврежденного эндоплазматического ретикулума и пероксисом (части клеток).

Защита нервной системы и поощрение роста клеток мозга и нервных клеток. Аутофагия улучшает когнитивные функции, структуру мозга и нейропластичность.

Поддерживает рост клеток сердца и является защитой от болезней сердца

Повышение иммунитета путем устранения внутриклеточных патогенов

Защита от неправильно свернутых, токсичных белков, которые способствуют ряду амилоидных заболеваний (патологические изменения в мозге)

Защита стабильности ДНК

Предотвращения повреждения здоровых тканей и органов (некроз)

Потенциально борьба с нейродегенеративными заболеваниями, раком и другими сложными болезнями.

Большущий список, но пока всё это в работе.
………..

Существует несколько различных типов аутофагии:

Микроаутофагия , Макроаутофагия и Шапероновая аутофагия .

Процесс Аутофагии

Люди не единственный вид, который извлекает выгоду из аутофагии. Фактически, аутофагия наблюдается у дрожжей, плесени, растений, червей, мух и млекопитающих. Большая часть исследований на нынешний момент по аутофагии изучает крыс и дрожжи. Генетическими скрининговыми исследованиями были идентифицированы по меньшей мере 32 различных гена, связанных с аутофагией (Atg). Исследования продолжают показывать, что аутофагический процесс является очень важной реакцией на голод и стресс у многих видов.

Однако, первые два типа аутофагии присущи только плесени, дрожжам, растениям, мухам и червям и т.д. и считаются неизбирательными типами, то есть могут уничтожать и то, что совсем не следовало.
Из-за своей «неизбирательности» аутофагия могла бы быть способом самоубийства клетки. В этом случае перевариваются все органеллы клетки, оставляя лишь останки, поглощаемые иммунными клетками - макрофагами.

Но, есть самый «волшебный» третий вид аутофагии.
Третий же вид — Шапероновая аутофагия , считается полностью избирательным.
То есть организм целенаправленно денатурирует повреждённые клетки и отправляет, как уже описала выше, в лизосомы до их полного переваривания. И данный вид аутофагии присущ только млекопитающим.

Спусковым крючком для аутофагического процесса является стресс – голодание, экстремальные физические нагрузки и определённые окислительные и токсические процессы.

Учёные полагают, что аутофагия связана с апоптозом (гибелью клеток, которая происходит как нормальная и контролируемая часть роста или развития организма).

Доказывается, что наша (у млекопитающих) избирательная аутофагия безошибочна в отношении удаления из организма специфических «испорченных» органелл, рибосом и белковых агрегатов. На данный момент нет пока четких доказательств того, что аутофагия или апоптоз контролируют другие процессы ещё. Но некоторые исследования показали, что аутофагия является механизмом апоптоз-независимой гибели клеток.

Цитата из научной работы:
«Аутофагия может быть индуцирована активными формами кислорода, ионизирующей радиацией, некоторыми противоопухолевыми препаратами, прекращением действия факторов роста и особенно снижением содержания аминокислот и АТФ в цитозоле. В 3-х последних случаях аутофагия запускается как компенсаторный механизм, поставляющий питание клетке из эндогенных источников. Парадокс явления аутофагии заключается также в том, что она может выступать не только как вариант реализации танатогенной программы, но и, наоборот как программа выживания клетки. Показано, что если вслед за активацией апоптоза будет запущен процесс аутофагии, то происходит отмена программируемой гибели ».

То есть получается, что аутофагия, по сути, может запускать программу смерти вспять?!

И это одна из причин, по которой активно исследуется связь между апоптозом и аутофагией.
В связи с взаимовлиянием двух этих важных процессов друг на друга, товарищи исследователи полагают, что аутофагия может реально помочь в лечении рака и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера , из-за ее способности модулировать клеточную смерть.

Одни из самых страшных последствий накопления клетками «мусора» — болезнь Альцгеймера и рак.
Конкретно в случае болезни Альцгеймера происходит накопление, разрушающих клетки мозга аномальных белков – бета-амилоидов или тау-белков, что и приводит к слабоумию. Учёные разумно предположили и сейчас исследуют, что процесс аутофагии, способный очищать клетки от старых белков, способен и предотвращать развитие болезни.

Сами учёные говорят: «Аутофагия может выступать в качестве важной терапевтической программы, защищая здоровые клетки и удаляя вредные».

«…В будущем мы сможем использовать процессы аутофагии, как для защиты клеток, которые мы не хотим убивать, так и для уничтожения и удаления больных клеток».

Лизосома «поедает» клетку

Аутофагия активна во всех клетках, но как мы уже выяснили, индуцируется она лишь в ответ на сильный стресс или отсутствие питательных веществ (голодание).

Как это знание может помочь нам, простым смертным, так сказать, гражданам. А помочь нам может это тем, что мы способны (а я считаю, что должны) использовать «хорошие стрессоры», такие как физические нагрузки и временное ограничение питания (голодание), чтобы задействовать в организме аутофагические процессы. Обе из этих стратегий объеденяются такими преимуществами, как: управление весом, ингибирование возрастных заболеваний и, как следствие, долголетие.

Когда дело доходит до практического применения этих знаний, а конкретно образа жизни, привычек и образа питания, то подконтрольная нам «диетическая» стратегия, единственная в своём роде, способная запустить процесс аутофагии – .
Голодание — это самая простая концепция, не требующая от вас никаких сверхзатрат: Вы воздерживаетесь от еды в течение определенного периода времени, останавливается работа поджелудочной железы, а значит выделения инсулина, и после использования «заначек» гликогена включается процесс аутофагии, как реакция на отсутствие питательных веществ.
Бесплатный способ диагностики, лечения заболеваний и продления жизни.

Исследования показывают, что голодания между от 24-48 часов до 7 суток, вероятно, как пишут учёные, имеют самые сильные эффекты.
Тут я как всегда возмущусь, ибо изучений более длительных сроков голоданий нет и поныне, хотя из голодания уже умудрились сделать даже тренд.
Американские учёные раньше вообще были самыми яростными противниками голоданий, запугивая несведущих граждан смертью. Теперь разрешили голодания, не прошло и лет ста, хотя бы 1-3-7-14 дневные, спасибо им и поклон в землю))). Но опять понавыдумывали, что длинные голодания больше одной, максимум двух недель, так же чреваты страшными последствиями, типа синдрома повторного кормления.
Синдром этот описан после Второй Мировой Войны, когда освобождали пленных из концлагерей. Так вот большое количество освобождённых тогда умерло, сразу после освобождения, как только их начали кормить. От кормления умерли! И это правда.
Но ведь тут совсем другая история. Во-первых не по своей воле они голодали. Во-вторых: не голодали они, а очень скудно и плохо питались, нарушив многие процессы пищеварения и т.д.
И кормили их неизвестно чем…

Не могут жить спокойно, дай им чем-нибудь людей попугать.
Вроде и пользу обнаружили, и Нобеля даже дали, и в тренд уже превратили, но всё ещё попугивают.

Короче говоря, радуемся, что хоть такие исследования есть! И это уже огромное достижение и огромный шаг к будущим изучениям и пониманию.

Но вернёмся к вопросу, когда же начинает работать аутофагия.
Что странно, несмотря на изучения, никто не может дать точных цифр, одни говорят через 12 часов, другие – 24, третьи 48 дают. Непоняточка.
Но по личному опыту могу сказать, что не через 12, ни 24, ни 48 не работает оно.

Начинается процесс, тот самый, что раньше назывался «переход на эндогенное питание », а теперь аутофагия , суток через трое, то есть тогда, когда полностью исчерпаны запасы гликогена и организму приходится изыскивать, чем же ему теперь питаться.
У некоторых, таких запасов бывает как-то многовато и лишь на четвёртые или пятые сутки это случается.
ПГ (периодическое голодание), так сильно сейчас пропагандируемое, это очень и очень хорошо, но аутофагии оно не касается. Хотя, могу и ошибаться я. Однако учёных не понять мне в этом вопросе: что сложного, если уж ты исследуешь процесс, сказать конкретно – когда, блин, начинается он и когда заканчивается. Чтобы человеку понятно было, на сколько заходить в голод и сколько дней-недель ему стоит голодать, а сколько нет. Чего уж проще….
Чего они боятся (или может, запрещает кто?), что все как начнут голодать и не остановятся? Рухнет вся пищевая и фармакологическая промышленность?

Ну да ладно.

Учёные говорят, что кетогенная диета (диета с высоким содержанием жиров и практически нулевым содержанием углеводов) работает аналогично голоданию.
Кето включает получение 75-80 % ваших ежедневных калорий из жира, и не более чем 5-10 процентов калорий из углеводов.
Это, по их словам, принуждает тело пройти через серьёзные изменения, по мере того как метаболические процессы изменяются так, что тело начнет использовать жиры для топлива вместо глюкозы из углеводов.

В ответ на такое строгое ограничение углеводов, организм начинает производить кетоны, которые имеют, помимо прочего, много защитных свойств. Исследования показывают, что кетоз также, как и голод, может (?) вызывать аутофагию, которая имеет нейропротекторные функции.
Например, в исследованиях на животных, у крыс, попадающих на кетогенную диету для перехода на аутофагию, было замечено уменьшение повреждения головного мозга во время и после судорог.
(Странные изыскания… Но, мы, Николай Второй, не учёные и сильно строго судить их не можем)…
Одноко здесь, опять же, разумно предположить, если на кето диете включается аутофагия, как и на голодании, следовательно, её нельзя использовать постоянно, а только в лечебных целях и очень недолго. Но фанатов не переубедить. Некоторые даже рассказывают, что уже 15 лет на кето, хотя оно появилось пять лет назад….

Еще один «хороший стресс», который может вызывать аутофагию, говорят учёные — это тяжёлые физические нагрузки. В частности — тяжёлая атлетика по многу часов и марафонский бег.
Одно из недавних исследование показывало, что «тренировка запускает аутофагию в отдельных органах, включенных в метаболическую регулировку, таких как мышцы, печень, панкреас и жировая ткань».

Вместе с тем, что физические упражнения имеют много преимуществ, это на самом деле форма стресса, потому что он разрушает ткани, заставляя их восстанавливаться и становиться сильнее. Пока не совсем ясно, сколько упражнений необходимо для включения или продления моментов аутофагии, но исследования показывают, что тяжёлые интенсивные упражнения, вероятно, наиболее полезны.

В костных тканях и тканях сердечной мышцы, после 30 минут тренировки могут (?) включиться процессы аутофагии .

Как и марафонский бег, который изымает из организма в усиленном режиме, практически мгновенно, весь запас гликогена и уже буквально через 3-4 часа марафонского бега у вас запускается процесс аутофагии. Интересно. Но кто же может бегать целыми днями, кроме профессиональных спортсменов…

То есть получается, что занятия тяжёлой атлетикой во время голодания должны показать более мощные аутофагические эффекты, нежели голодание и упражнения по отдельности.

Можно ли тренироваться во время голодания?
Раньше, кстати, сильно не рекомендовали тяжёлую атлетику на голодании, обосновывая тем, что «жрёт» мышцы. Теперь же выяснилось, что ни мышцы, ни здоровые ткани вообще не страдают и не подвергаются никаким негативным последствиям.
Теперь можно с уверенностью сказать — МОЖНО. Голодающий тренирующийся человек даже может почувствовать себя более энергичным, чем в обычном «не голодном» состоянии.

Сейчас учёные говорят, что даже больные раком могут, и даже обязаны, голодать и давать себе физическую нагрузку, чтобы, если не остановить рак, то хотя бы уменьшить симптомы и облегчить течение болезни. Но советуют прежде обсуждать это с врачом. Хм.

И ещё одно из важнейших качеств аутофагии, считают исследователи – это её антивозрастные свойствами, омолажение организма и продление срок жизни.

Процесс включения аутофагии понятен. А каков процесс остановки?

А выключение ещё проще, чем включение. Кнопочкой «вкл-выкл» является ЕДА !
Как только глюкоза или белки попадают в организм тут же вырабатывается инсулин, и в совокупности или по отдельности они отключают процессы самоочищения клетки. И для этого много их не требуется. Например, даже очень небольшое количество отдельно взятой аминокислоты лейцин остановливает аутофагию.
Проще, как говорится, некуда. Не ешь — «вкл» аутофагия, поел — нажал на «выкл».

Таким образом, аутофагия является крайне уникальным свойством голодания – потому как этого не происходит при простом ограничении калорий или питании на какой-то сумасшедшей диете.

Когда говорю знания-сила, подчёркиваю именно то, что понимание процесса позволяет им успешно пользоваться.
Понимание процесса голодания и аутофагии возвращает нас к естественному природному циклу – питанию-голоданию-питанию-голоданию, но не к переменным или постоянным попыткам следовать разным ограничивающим диетам. Голодание и аутофагия обеспечивают нам мощное клеточное очищение в фазе голодания и клеточный рост в фазе питания, то есть то, что и должно быть – гармония и баланс. А жизнь это что, это и есть баланс и гармония…

Но есть и ещё один подарочек от учёных.

После процесса аутофагии, и после окончания голодания (а если конкретно, то через неделю после выхода из голодания) организм в срочном порядке вырабатывает свои собственные стволовые клетки, которые идут на замещение «удалённых дефектов» и, в целом, на восстановление и омоложение организма. Однажды обломавшись с введением внешних, донорских, стволовых клеток для омоложения организма, учёные приуныли. Слишком много там оказалось негативных побочных эффектов.
Но вот изучение вопроса аутофагии на голодании и обнаружение выработки собственных стволовых клеток породило новый интерес и новые исследования. Что не может не радовать.
Ждём уточнений.

На этой радостной ноте, пожалуй, и закончу на сегодня.

Будьте молоды и здоровы!

Юл Иванчей (Yul Ivanchey)

P.S. Хотела выложить видео о том, как происходит процесс аутофагии, но, увы, по какой-то причине нет в интернете таких видео. Нигде. Странно, подумалось мне, ведь уже и премию Нобелевскую выдали, должны бы быть хоть какие-то видео материалы, но…….
Развлекайтесь пока видосиком о том, как работает наша иммунная система, не менее любопытно. Думаю, что и процесс аутофагии выглядит приблизительно так же.

В 2016 г. Нобелевская премия по физиологии или медицине присуждена японскому ученому Есинори Осуми (Yoshinori Ohsumi) за его открытие механизмов аутофагии. Этот процесс лежит в основе нормальной жизнедеятельности клетки. Функция аутофагии заключается в удалении частей цитоплазмы, содержащих белки, органеллы и другие составляющие. Этот процесс позволяет клетке самообновляться, а также выживать в неблагоприятных условиях. Как и все процессы на клеточном уровне, аутофагия должна пребывать в состоянии равновесия, в случае нарушения которого развиваются самые разнообразные нозологии, включая онкологические и нейродегенеративные заболевания.

Аутофагия - эволюционно консервативный процесс, характерный для всего надцарства эука­риот (организмов, содержащих ядро в клетках). Эукариотические клетки имеют возможность рециклировать части собственных составляющих путем отделения (секвестрования) части цитоплазмы двухмембранной органеллой, которая сливается с лизосомой для дальнейшего переваривания (рис. 1).

©Нобелевский комитет по физиологии или медицине (The Nobel Committee for Physiology or Medicine). Иллюстратор: Маттиас Карлен (Mattias Karlén)

В отличие от других процессов клеточной деградации, аутофагия удаляет долгоживущие белки (long-lived proteins), макромолекулярные комплексы и устаревшие или поврежденные органеллы.

Аутофагия является посредником процессов переваривания и рециклирования второстепенных (не являющихся необходимыми для выживания) частей клетки во время голодания, а также присутствует в огромном количестве физиологических процессов, в рамках которых клеточные компоненты должны быть изъяты из клетки, дабы предоставить место новым частям.

Кроме этого, аутофагия является ключевым процессом по удалению чужеродных микроорганизмов и токсических белковых агрегатов, и таким образом принимает непосредственное участие в развитии иммунного ответа и инфекционного процесса, старения и патогенеза многих заболеваний.

Несмотря на то что сам процесс аутофагии был открыт в начале 1960-х годов, механизмы и физиологическое значение оставались серым пятном клеточной биологии на протяжении нескольких десятилетий.

Что такое аутофагия

Термин «аутофагия» происходит от древнегреческого αὐτός - ауто (сам) и φαγεῖν (есть). Это процесс, при котором внутренние компоненты клетки доставляются в лизосомы или вакуоли для последующей деградации (переваривания).

В настоящее время различают три вида ауто­фагии.

1. Макроаутофагия. При данном процессе участок цитоплазмы, нередко содержащий органеллы, окружается мембраной, которая похожа на цистерну эндоплазматического ретикулума. Таким образом содержимое отделяется от цитоплазмы двухмембранной оболочкой. Такие двухмембранные пузырьки, внутри которых находятся органеллы и цитоплазма, называются аутофагосомами. Они соединяются с лизосомами с образованием аутофаголизосом. В них и происходит переваривание захваченного содержимого клетки. Такой процесс является как неспецифическим, так и избирательным, поскольку клетка может прибегать к этому процессу в случае необходимости избавиться от устаревших органелл (рибосом, митохондрий и прочих). Именно за открытие этого процесса присуждена Нобелевская премия в 2016 г. Далее в статье под термином «ауто­фагия» будет подразумеваться макроаутофагия.

2. Микроаутофагия. При этом процессе макромолекулы и частицы клеточных мембран захватываются лизосомой. Таким способом происходит переваривание белков при нехватке в клетке энергии или субстрата для синтеза новых белков. Этот процесс в целом характерен для голодания.

3. Шапероновая аутофагия. При этом процессе осуществляется целенаправленный транспорт белков (частично денатурированных) из цитоплазмы в полость лизосомы, где они подвергаются деградации. Этот тип аутофагии, насколько известно, характерен только для млекопитающих. Как правило, шапероновая аутофагия индуцируется стресс-факторами, в частности, активируется при голодании, физических нагрузках и пр. Процесс осуществляется при участии белков-шаперонов (семейства hsc-70), LAMP-2 (мембранный рецептор комплекса шаперона и транспортируемого белка) и некоторых вспомогательных белков.

Аутофагия и клеточная смерть

На сегодня ряд ученых относят аутофагию к процессам клеточной гибели. Современная классификация выделяет несколько таких процессов: апоптоз, аутофагия, некроз, аноикис (смерть клетки, вызванная ее отделением от окружающего внеклеточного матрикса), некроптоз (программируемый некроз).

С тем, что аутофагия является одним из видов клеточной смерти, согласны далеко не все. Есть множество научных исследований, подтверждающих, что аутофагия является защитным механизмом клетки, поскольку позволяет спасти ее от гибели при неблагоприятных условиях. В случае интенсификации аутофагии клетка все же погибает. Ученые выделили несколько критериев, которые позволяют говорить о том, что аутофагия является видом клеточной смерти. Так, должны отсутствовать признаки апоптоза, не должны быть активированы каспазы, конденсироваться хроматин. В клетке должно увеличиваться число аутофагосом и аутолизосом. Кроме того, ингибирование белков аутофагии должно предотвращать смерть клетки.

Процессы, связанные с клеточной гибелью, происходят постоянно и поддерживаются в строгом равновесии, сдвиг которого в одну или другую сторону неминуемо приводит к развитию нарушений и, в конечном счете, - к смерти организма. Какую роль все-таки играет в этом процессе аутофагия - ученым еще предстоит узнать.

Загадка аутофагии или предыстория открытия

Открытию Е. Осуми, за которое он получил наиболее престижную научную награду, предшествовали ранние исследования.

В 1950-е годы Кристиан Рене де Дюв (Christian Renе de Duve) изучал действие инсулина в клетках печени крыс. В рамках своей исследовательской работы он изучал локализацию фермента глюкозо-6-фосфатазы. Этот фермент играет важнейшую роль в гликогенолизе - процессе расщепления гликогена до глюкозы. В печени фермент глюкозо-6-фосфатаза расщепляет промежуточный метаболит на фосфат и глюкозу, которая затем поступает в кровь. При исследовании глюкозо-6-фосфатазы был использован метод фракционирования, разработанный Альбером Клодом (Albert Claude). Однако выявить ферментную активность в свежевыделенных печеночных фракциях не удавалось. В то же время ферментная активность сохранялась и усиливалась после того, как фракции хранились 5 сут в холодильнике.

Таким образом, Кристиан де Дюв и его студенты выявили различия в активности кислой фосфатазы в зависимости от способа выделения. Первоначально команда решила, что причина в какой-либо технической ошибке. Однако в последующих экспериментах результаты получались точно такими же.

Довольно скоро стало понятно, что ферменты каким-то образом отделены от всего содержимого клетки мембранной органеллой. На протяжении 3 лет были выявлены еще несколько кислых ферментов, связанных с этой микросомальной фракцией. Далее последовали опыты, показавшие, что фракция является самостоятельной органеллой.

В 1955 г. на основании полученных данных Кристиан де Дюв предложил название «лизосома» для органеллы, окружающей мембраной клеточные частицы, внутри которой поддерживается низкий рН (кислотный) и в которой функцио­нируют кислые ферменты.

В том же 1955 г. Алекс Новиков (Alex B. Novikoff, американский ученый украинского происхождения) посетил лабораторию Кристиана де Дюва. Там он сделал электронные фотографии открытых органелл. Далее А. Новиков провел эксперименты и подтвердил, что в лизосомах содержится кислая фосфатаза.

За эти и другие открытия Кристиану де Дюву, Альберу Клоду и Джорджу Паладу (George E. Palade) была присуждена Нобелевская премия в 1974 г.

Интересный факт, что А. Новиков также внес большой вклад в открытие лизосом и понимание их функционирования. Однако ученый подвергался социальному и политическому преследованию. Так, в 1953 г. он был уволен из медицинского колледжа Университета штата Вермонт за отказ в сотрудничестве по раскрытию его друзей-коммунистов. Он также дважды получил отказ по поводу службы в американской армии. Спустя 20 лет после начала расследования его связей с коммунистами дело против ученого было закрыто по причине отсутствия существенных доказательств. Спустя 30 лет после начала преследований Университет принес ему официальные извинения и предоставил почетную степень доктора. В официальном заявлении Университета Миннесоты значится, что А. Новиков является одним из наиболее недооцененных ученых в контексте получения Нобелевской премии.

Вскоре после открытия лизосом ученые стали все больше узнавать об этих органеллах. Так, было показано, что определенные «порции» цитоплазмы отделяются (секвестрируются) мембранными структурами во время нормального развития почек у мышей. Выявлено, что аналогичные структуры, содержащие небольшой объем цитоплазмы и митохондрий, находятся в клетках проксимальных канальцев при гидронефрозе.

Ученые установили, что вакуоли группируются вместе с гранулами, содержащими кислые фосфатазы. Также стало известно, что количество таких структур увеличивается по мере интенсификации дегенеративных процессов.

Мембранные структуры, содержащие дегенеративную цитоплазму, находились и в нормальной печени (исследовалось на крысах), но их количество существенно возрастало при воздействии на животное глюкагоном (перфузией) или токсическими агентами.

Понимая, что эти структуры обладают свойством переваривать части внутриклеточного содержимого, Кристиан де Дюв ввел термин «аутофагия» в 1963 г. и широко описал эту концепцию в публикации, сделанной несколькими годами позже.

На протяжении следующих десятилетий достижения в этой области были весьма ограниченными. Установлено, что питательная среда и гормоны оказывают влияние на аутофагию, в частности, стимулирование инсулином супрессирует аутофагию в тканях млекопитающих.

Одно из исследований продемонстрировало, что на ранних этапах процесса происходит формирование двухмембранной структуры - фагофоры, которая образуется вокруг участка цитоплазмы и замыкается в пузырек, не содержащий гидролитических ферментов, - аутофагосому (см. рис. 1).

Открытие Осуми - поворотный этап в понимании аутофагии

Несмотря на понимание того, что аутофагия - чрезвычайно важный клеточный процесс, механизмы его функционирования и регуляции не были известны. Исследования этого процесса были довольно непростыми, поскольку период жизни фаговор и аутофагосом очень короткий. Аутофагосома существует только 10–20 мин перед слиянием с лизосомой, поэтому морфологические и биохимические исследования проводить крайне сложно. Работой в этом направлении занимались неохотно. Всего лишь несколько исследовательских лабораторий по всему миру изучали этот процесс, в основном используя сравнительные и описательные подходы и фокусируясь на поздних стадиях аутофагии, то есть непосредственно перед слиянием с лизосомой.

В начале 1990-х годов, почти через 30 лет после введения Кристианом де Дювом термина «аутофагия», еще не были выделены молекулярные маркеры и не были описаны компоненты (этапы) механизма аутофагии. Множество фундаментальных вопросов оставались открытыми: инициация процесса, формирование аутофагосом, роль аутофагии в клеточном и организменном выживании, влияние на патогенез заболеваний.

В это время Е. Осуми, тогда ассистент профессора в Токийском университете, принял решение изучать аутофагию, используя дрожжи Saccharomyces cerevisae в качестве модельной системы.

Первое, что решил узнать ученый, - существует ли аутофагия в этих одноклеточных организмах. Вакуоли дрожжей являются эквивалентом лизосом млекопитающих. Е. Осуми предположил, что если аутофагия существует у дрожжей, ингибирование вакуольных ферментов приведет к накоплению поглощенных цитоплазматических компонентов в вакуоли. Для того чтобы проверить выдвинутую гипотезу, он создал штамм дрожжей, у которых отсутствовали вакуольные протеазы: протеаза А, протеаза В и карбоксипептидаза.

Он выявил, что аутофагические тела накап­ливаются в вакуоле при росте дрожжей в обед­ненной питательной среде. Такие вакуоли становились очень большими, и их можно было исследовать под световым микроскопом.

Е. Осуми идентифицировал уникальный фенотип, который стал использовать для открытия генов, регулирующих индукцию аутофагии. Ученый индуцировал случайные мутации. И одна из них оказалась первой удачей: он смог найти первый ген, при мутации которого не отмечено накопления аутофагических телец, то есть не происходят начальные этапы процесса аутофагии. Этот ген он назвал - ген аутофагии 1 (autophagy gene 1 - APG-1 ). Продолжая работу в том направлении, ученому удалось выявить 75 мутаций.

В 1993 г. он опубликовал статью, в которой сообщил об открытии 15 генов, играющих ключевую роль в активации аутофагии в эукариотических клетках. Они получили название APG-1–15 . После открытия этих генов у других организмов всей группе было присвоено название ATG -гены. Эта номенклатура используется вплоть до настоя­щего времени.

На протяжении последующих лет Е. Осуми клонировал некоторые ATG -гены и охарактеризовал их функции. Клонирование гена ATG-1 позволило узнать, что он кодирует серин/треониновую киназу. Таким образом, было доказано, что в процессе аутофагии происходит фосфорилирование белков (присоединение фосфатного остатка, что является одним из самых распространенных механизмов посттрансляционной модификации белка, приводящей к изменению его активности).

Дополнительные исследования показали, что ATG-1 формирует комплекс с белком, кодируемым геном ATG-13 , и что это взаимодействие регулируется TOR-киназой (рис. 2).

TOR-киназа регулирует клеточный рост и выживание. Она активна в клетках, растущих в среде, богатой питательными веществами. Она фосфорилирует ATG-13 и препятствует формированию комплекса ATG-13:ATG-1 . Так, при голодании TOR-киназа инактивируется и дефосфорилированный ATG-13 соединяется с ATG-1 .

ATG-13:ATG-1 соединяется с ATG-17, ATG-29 и ATG-31 . Образование этого пентамерного комплекса является первым этапом в каскаде реакций, необходимых для формирования ауто­фагосомы.

Формирование аутофагосомы также требует наличия интегрального белка (пронизывающего мембрану) - ATG-9, фермента фосфатидилинозитола-3-киназы (PI3K) и ряда других протеинов (Vps-34, Vps-15, ATG-6 и ATG-14).

Для формирования мембраны требуются дополнительные белки и молекула фосфатидил­инозитол-3 фосфата. Расширение мембраны с образованием зрелой аутофагосомы происходит при активности двух каскадов убиквитинсопряженных реакций.

В вопросах клеточного функционирования большое значение имеет локализация белков. Е. Осуми сделал интереснейшее открытие: в нормально растущих клетках дрожжей белок ATG-8 распределяется равномерно по всей цитоплазме. А в случае голодания этот же белок формирует крупные агрегаты, которые скапливаются в аутофагосомах и аутофаготических тельцах.

Ученому принадлежит еще одно удивительное открытие. Оказалось, что мембранная локализация гена ATG-8 зависит от двух увиквитинсопряженных реакций, которые работают последовательно. Они приводят к ковалентному (наиболее крепкому) присоединению ATG-8 к липидной мембране, а именно - к молекуле фосфатидилэтаноламина. Обе системы активируются одним и тем же ферментом - ATG-7.

Во время первого этапа ATG-12 активируется путем формирования тиоэфирной связи с остатком серосодержащей аминокислоты - цистеином, которая входит в состав ATG-7. Затем он переносится на сопряженный фермент ATG-10, катализирующий образование ковалентной связи с белком ATG-5.

Комплекс ATG-12:ATG-5 вовлекает ATG-16, и вместе белки формируют тримолекулярную структуру. Она также критически важна в аутофагии, поскольку приобретает функцию фермента - лигазы, который задействован во второй убиквитинсопряженной реакции. В этой второй уникальной реакции аргинин, расположенный на С-конце белка ATG-8, убирается белком ATG-4. Теперь уже подготовленный белок ATG-8 активируется ATG-7 для последующего переноса. Наконец две сопряженные системы пересекаются. ATG-12:ATG-5:ATG-16-лигаза способствует присоединению ATG-8 к фосфатидилэтаноламину (к мембране).

Соединенный с липидами ATG-8 является ключевым драйвером удлинения (элонгации) и слияния аутофагосом. Обе сопряженные системы являются высококонсервативными процессами.

У млекопитающих аналог белка ATG-8 называется LC3, и он используется в качестве маркера формирования аутофагосом.

Есинори Осуми

Японский клеточный биолог, специализация - изучение аутофагии. Работает профессором в Институте инновационных исследований Технологического университета Токио. Образование получил в Университете Токио. В 1974–1977 гг. работал в Университете Рокфеллера, затем вернулся в Японию и получил ставку научного сотрудника. В 1996 г. перешел в Национальный институт фундаментальной биологии (National Institute for Basic Biology), где со временем ему было присуждено звание профессора. С 1998 г. является руководителем исследовательской группы.

Аутофагия и патологические процессы

Изучение молекулярных принципов аутофагии позволило понять патогенез многих заболеваний (рис. 3). В то же время в этой теме еще очень многое остается не изученным.

© Нобелевский комитет по физиологии или медицине (The Nobel Committee for Physiology or Medicine). Иллюстратор: Маттиас Карлен (Mattias Karlén)

Как известно, аутофагия первоначально открыта в виде клеточного ответа на стресс, но сейчас известно, что этот процесс активен и на ранних стадиях дифференциации клеток. В отличие от убиквитин-протеосомной системы, которая в основном деградирует белки с коротким сроком жизни, аутофагия позволяет клетке избавиться от долгоживущих белков. Кроме того, это единственный известный процесс, позволяющий уничтожать целые органеллы, такие как митохондрии, пероксисомы, эндоплазматический ретикулум и прочие. Таким образом, аутофагия играет важнейшую роль в поддержании клеточного гомеостаза. Более того, этот процесс задействован во множестве нормальных процессов, в частности - эмбриогенезе, клеточной дифференциации, которые требуют удаления тех или иных частей цитоплазмы.

Аутофагия прямо или косвенно связана с развитием множества заболеваний.

Онкологические заболевания развиваются несколькими путями и связаны с дифференцировкой клеток. Аутофагия в некоторых случаях защищает организм от развития онкопатологии (онкосупрессор), а в некоторых - способствует развитию злокачественных новообразований. Поскольку аутофагия - это в первую очередь механизм выживания клетки, она помогает выживанию раковых клеток. Это связано с тем, что при изменении фенотипа нормальных клеток, когда они становятся злокачественными, существенно ускоряется скорость их деления и клетки испытывают голодание, гипоксию и пр. В этот момент запускается механизм аутофагии, помогающий клеткам переваривать некоторые участки и выживать в неблагоприятной среде.

Также с помощью аутофагии могут уничтожаться апоптические медиаторы. В таких случаях перспективным терапевтическим направлением представляется ингибирование поздних стадий аутофагии.

Интерес представляет белок Beclin-1 - продукт гена BECN-1 (гомолог дрожжевого гена ATG-6 , регулирующего этапы инициа­ции аутофагии). Экспрессия мутированного белка Beclin-1 характерна для ряда онкологических заболеваний, в частности группы рака молочной железы и яичника. В экспериментах на моделях мышей показано, что гиперэкспрессия нормального Beclin-1 приводит к подавлению опухолевого процесса.

Таким образом, влияние на аутофагию может стать эффективным способом борьбы с онкологическими заболеваниями.

Поскольку интенсивность аутофагии снижается с возрастом, существуют гипотезы, что этот процесс играет ключевую роль в развитии болезней, ассоциированных со старением. По некоторым данным, снижение активности аутофагии связано с развитием остеоартроза.

Одна из наиболее популярных теорий развития нейродегенеративных заболеваний (в настоящее время) также отводит аутофагии значимую роль в этом процессе. Как известно, неправильно упакованные белки имеют тенденцию к формированию нерастворимых агрегатов, являющихся токсичными для клеток. Способность клетки противостоять этому процессу целиком и полностью зависит от активности аутофагии. В исследованиях, проведенных на животных моделях, показано, что активация аутофагии путем ингибирования TOR-киназы приводит к снижению токсичности белковых агрегатов. Кроме того, выключение генов ATG-5 и ATG-7 в нейронах головного мозга мышей приводит к развитию нейродегенеративных заболеваний.

Существует ряд аутосомно-рецессивных нарушений, при которых у человека изменяются процессы аутофагии. Среди них - порок развития мозга, задержки в развитии, умственная отсталость, нарушения двигательных функций, нейродегенерация и другие.

Е. Осуми и его коллеги стали первыми учеными, которые смогли идентифицировать гомологи ATG у млекопитающих. Это позволило проводить исследования аутофагии у высших эукариот.

Со временем были представлены убедительные доказательства того, что аутофагия существует и в клетках всех млекопитающих. Это было подтверждено рядом исследований с использованием электронной микроскопии. Стало известно, что аутофагия присутствует на различных стадиях клеточной дифференциации - от наименее дифференцированных клеток до узкоспециализированных. Тогда было высказано предположение, что аутофагия может быть ответом организма на метаболический стресс, и что процесс может играть роль в патогенезе ряда заболеваний. Со временем было выявлено, что аутофагия существует и в одноклеточных организмах - простейших, что указывало на консервативный характер этого механизма.

Новаторские открытия Е. Осуми существенно повысили интерес к процессу аутофагии. Этот сегмент стал одним из наиболее изучаемых в сфере биомедицинских исследований. Так, в начале 2000-х годов ученые делали не более 150 публикаций в год на эту тему, а в 2015 г. их было более 4 тыс.

На основании фундаментальных открытий Е. Осуми были выделены различные типы ауто­фагии. Критерием к их разделению послужил объем вещества, который они деградируют. Наиболее изучен процесс макроаутофагии, при котором деградации подвергаются большие объемы цитоплазмы и клеточные органеллы.

Ученые также выяснили, что существует селективная и неселективная аутофагия. Неселективная аутофагия происходит постоянно, в основном она индуцируется стрессом, в частности - голодом. Селективная аутофагия специ­фических классов субстрата - протеиновых агрегатов, цитоплазматических органелл, вирусов и бактерий, включает специфические адапторы, распознающие субстрат и присоединяющие его к ATG-8/LC3, расположенному на мембране аутофагосомы.

Таким образом, открытие молекулярных основ механизма аутофагии позволило ученым понять очень важный клеточный процесс, характерный для всех эукариот. В настоящее время в этой сфере все еще остается много неизвестного современной науке.

Галина Галковская,
Евгения Бочерикова
© The Nobel Committee for Physiology
or Medicine; фото и иллюстрации
© The Nobel Committee for Physiology or Medicine