Każda z komórek organizmu pracując ze 100% wydajnością ulega po pewnym czasie uszkodzeniu, bądź po prostu fizjologicznie starzeje się. Programowana śmierć komórkowa (ang. Programmed Cell Death – PCD) eliminuje zbędne lub uszkodzone komórki. Jest to proces ściśle regulowany przez czynniki genetyczne. Klasyfikacja na podstawie morfologicznych kryteriów obejmuje trzy typy PCD: genetycznie zaprogramowane samobójstwo komórki- apoptozę, martwicę czyli nekrozę, oraz mało komu znaną autofagię.

Autofagia to bardzo ważny biologiczny proces, którego fizjologicznie stary i konserwatywny mechanizm polega na eliminowaniu poszczególnych zużytych lub uszkodzonych części komórki bez konieczności jej uśmiercania. W warunkach krytycznych przeznaczony do usunięcia obszar cytoplazmy opłaszczany jest podwójną błoną zwaną fagoforem, która wraz z postępem procesu zamyka się w pęcherzyk autofagosom. W kolejnym etapie dołączają się lizosomy odpowiedzialne za trawienie zamkniętej w pęcherzyku treści. Degradowane w ten sposób mitochondria, elementy siateczki śródplazmatycznej czy inne elementy komórki, rozkładane są w proste związki organiczne, które po zakończeniu autofagii mogą być w dalszym ciągu wykorzystywane przez komórkę lub magazynowane w wakuoli. Autofagia bardzo często więc nazywana jest także recyklingiem komórkowym.

Proces ten odgrywa istotną rolę w stanach fizjologicznych obejmujących zagnieżdżanie się zarodka w macicy u ssaków, okres okołoporodowy u noworodka, stres czy starzenie się. Wykazano, że autofagia dotyczy  zarówno organizmów eukariotycznych jak i jednokomórkowych, a pierwotnie była mechanizmem adaptacyjnym w warunkach braku pożywienia. Oczywiste jest, że w takiej sytuacji następuje przesunięcie stosunków ilościowych niektórych organelli na korzyść innych.

Badania naukowców na przestrzeni ostatnich kilku lat potwierdzają jak ważnym zjawiskiem odpornościowym jest autofagia. Bardzo istotną rolę proces ten pełni w zakażeniach bakteryjnych (Streptococcus pyogenes, Salmonella enterica, Mycobacterium tuberculosis) i pasożytniczych (Toxoplasma gondii), sprawnie zwalczając infekcję u ssaków. Udowodniono także, że autofagia wpływa również na aktywację i zwiększanie odporności nabytej, umożliwiając lepszą prezentację komórkom immunologicznym T antygenów zarówno wirusowych, jak i nowotworowych. Może mieć to ogromne znaczenie w hamowaniu rozwoju komórek rakowych poprzez eliminację z komórki zmutowanych lub uszkodzonych fragmentów powstałych w czasie mutagenezy.

Jest i druga strona medalu… Autofagia może umożliwić rozwój komórkom guza, które zostały pozbawione składników odżywczych lub może stanowić barierę ochronną przed działaniem niektórych leków używanych w chemioterapii. Takie wyniki badań otrzymano w eksperymentach dotyczących raka sutka u kobiet, gdzie zaobserwowano gromadzenie się dużej ilości kwasowych organelli pęcherzykowych AVO (ang. acidic vesicular organelles) przez komórki nowotworowe. AVO powstają na drodze autofagii i są skuteczną formą obrony komórek rakowych przed promieniowaniem. Blokowanie w tym przypadku procesu autofagii może mieć kluczowe znaczenie w leczeniu onkologicznym pacjenta.

Dlatego kontynuacja badań nad tym procesem oraz poznanie wszystkich czynników genetycznych, które biorą w nim udział są bardzo ważne. Być może w przyszłości możliwe będzie zastosowanie terapii poprzez stymulację autofagii w chorobach infekcyjnych lub nowotworowych.

O procesie autofagii rozmawiamy z Panią dr hab. Magdaleną Rost-Roszkowską, która jest wieloletnim pracownikiem Uniwersytetu Śląskiego  na  Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska  w Katedrze Histologii i Embriologii Zwierząt.

Pani dr hab. Rost-Roszkowska w swoim dorobku naukowym ma mnóstwo prac opisujących śmierć komórkową (głównie apoptozę i autofagię) oraz komórki macierzyste.

Biotechnologia.pl: W jakim stopniu Pani zdaniem naukowcy poznali już proces autofagii?

dr hab. Magdalena Rost-Roszkowska: Autofagia jest wciąż żywo dyskutowanym przedmiotem współczesnych nauk biologicznych i medycznych. Wydawałoby się, że proces ten jest już doskonale poznany, że wiemy w jaki sposób zachodzi, jakie są jej typy, czy jaka jest jego rola (przeżycie lub śmierć). Jednak w światowej literaturze znaleźć można stale pojawiające się dane na temat mechanizmów indukujących w komórkach ten proces, czy mechanizmów sterujących każdym jego etapem. Badania prowadzi się obecnie nad pochodzeniem błon tzw. fagoforu, przy czym ostatnie doniesienia dotyczące udziału zewnętrznej błony mitochondrialnej w formowaniu tej struktury pochodzą z badań prowadzonych w ciągu ostatnich dwóch lat. Analizowane są typy tak zwanej autofagii selektywnej, kiedy to degradowane konkretne organelle komórkowe np. mitofagia – degradacja mitochondriów; peroksyfagia – peroksysomów, retikulofagia – retikulum endoplazmatycznego, czy nukleofagia - fragmentów jąder komórkowych. Wciąż prowadzi się także badania nad całą grupą białek Atg, które to odgrywają zasadniczą rolę w przebiegu autofagii. Te ostatnie jak się okazuje biorą również udział w tzw. procesie Cvt (cytoplasm to vacuole targeting pathway) aktualnie badanym u drożdży. W trakcie swoich badań naukowcy analizując jedno z zagadnień związanych z autofagią, napotykają kolejne niejasności i pytania, na które starają się odpowiedzieć.

Autofagia- wróg czy przyjaciel? Co Pani sądzi o ewentualnej stymulacji farmakologicznej tego procesu? Czy Pani zdaniem może to się okazać skutecznym środkiem w walce z nowotworami i innymi chorobami?

Badania nad autofagią prowadzi się na różnorodnych organizmach eukariotycznych, przy czym ze względu na fakt, że jest to proces konserwatywny dane pochodzące z analiz organizmów bezkręgowych, o prostszej budowie, łatwiejszych do pozyskania i łatwiejszych w hodowli, może być przełożona na strunowce, w tym na człowieka. Prowadzone liczne badania nad typami selektywnej autofagii, a więc dotyczącej konkretnych organelli komórkowych może być jak najbardziej wykorzystywana przez współczesną medycynę. Dosyć istotnym jest dokładne poznanie zależności pomiędzy autofagią a kolejnym typem zaprogramowanej śmierci komórkowej – apoptozą. Obecnie dosyć szeroko prowadzi się badania nad indukowaniem śmierci komórkowej w komórkach zmienionych nowotworowo,  w tym ważnym jest, aby proces autofagii nie umożliwiał tym komórkom przeżycia, a skierował je na drogę śmierci komórkowej. Wiadomo także, że autofagia ulega wzmożeniu  w przypadku wielu chorób układu nerwowego, czy chorób serca. Indukowanie lub hamowanie autofagii, w zależności czy proces ten powinien być zablokowany czy aktywowany, z całą pewnością będzie wykorzystywane w walce nie tylko z nowotworami, ale licznymi chorobami np. układu nerwowego, krążenia, pokarmowego, a także w leczeniu niepłodności.

Dziękuję bardzo za rozmowę.

rozmawiała Monika Marek-Swędzioł

1. Karantza-Wadsworth V., White E. Role of autophagy in breast cancer. Autophagy 2007; 3:610-613.

2. Levine B., Deretic V. Unveiling the roles of autophagy in innate and adaptive immunity. Nat Rev Immunol 2007; 7:767-777.

3. Niedźwiedzka-Rystwej P., Deptuła W. Autofagia- ważne zjawisko odpornościowe. Postępy Biologii Komórki 2009; 3:455-464.

4. Schemat zaczerpnięty ze strony internetowej (napisy przetłumaczono)

   http://flagellum.wordpress.com/2009/05/22/autofagia-no-autoregulada/