Аутофагия и спорт: Как запустить поедание плохих клеток. Что такое аутофагия и почему она не имеет никакого отношения к похудению Биологическое значение аутофагии

3 октября 2016 года в Стокгольме Нобелевским комитетом был объявлен лауреат премии в номинации по физиологии и медицине. Им оказался Ёсинори Осуми - японский микробиолог, подробно описавший механизм аутофагии клеток живых организмов. Не сказать, что это стало сногсшибательным ноу-хау, ведь данный процесс был открыт ещё в 60-х гг. XX века. Однако талантливому профессору удалось раскрыть его с новой стороны, и одна из самых престижных международных наград оказалась в его руках.

Мало какие научные достижения, за которые ежегодно вручается Нобелевская премия, оказываются достоянием широкой публики. В большинстве своём они интересны лишь узкому кругу знающих и просвещённых. Однако открытие японского учёного с тех пор стало невероятно популярным.

Сегодня о нём говорят не только диетологи, медики и биологи, но и те рядовые граждане, которые ведут здоровый образ жизни, регулярно занимаются чисткой организма, стараются похудеть или являются приверженцами оздоравливающей системы голодания. Оказывается, механизмы клеточной аутофагии в жизни не только людей, но и всех живых существ играют важную роль.

О талантливом учёном

Ёсинори Осуми (родился в 1945 году) - японский учёный, микробиолог, профессор, доктор наук, преподаватель Токийского технологического института, член Европейской Организации Молекулярной Биологии.

Японский учёный, молекулярный биолог Ёсинори Осуми

Начиная с 80-х гг. XX века, занимался изучением исключительно процесса аутофагии. Он был открыт задолго до него, ещё в 60-е гг., но о его роли в организме и важности для человеческой жизни никто даже не подозревал. И только Ёсинори Осуми удалось выяснить в начале 90-х годов, насколько он значим для каждого живого существа на планете.

Задолго до Нобелевской премии японского микробиолога неоднократно награждали за его открытие. Вот некоторые из самых значительных наград:

• 2008 год - премия Асахи, «За точные молекулярные исследования аутофагии и внутриклеточной системы деструкции».
• 2015 - премия Розенстила, «В знак признания за новаторские открытия молекулярных и биологических функций аутофагии».
• 2016 - премия Поля Джанссена, «За открытие молекулярной основы аутофагии как универсального процесса самопереваривания клеток для получения энергии, спасающей жизнь во время голодания».
• 2016 - Нобелевская премия, «За открытие механизмов аутофагии».
• 2017 - премия за прорыв в медицине, «За исследование аутофагии и системы рециркуляции, которую клетки используют для получения питательных веществ из своих собственных несущественных или повреждённых компонентов».

Лишь в одной из формулировок вышеперечисленных премий упоминается . Так почему все считают, что именно за него в 2016 году Ёсинори Осуми дали Нобелевскую премию? Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вникнуть в суть открытия.

Это интересно. В 1974 году Нобелевскую премию получил Кристиан де Дюв - учёный, открывший лизосомы. И он же незадолго до этого ввёл термин «аутофагия».

Аутофагия

Термин восходит к древнегреческому языку и переводится с него как «самопоедание». Он означает процесс ликвидации клетками собственных частиц, которые оказываются вредными, лишними, ненужными. Как уже было сказано, ещё в 60-е годы учёные сделали открытие, что он время от времени запускается, но почему, когда именно, с какой целью и какое это оказывает влияние на работу организма в целом, с тех пор так никто и не выяснил. И лишь спустя 20 лет Ёсинори Осуми взялся за его изучение вплотную.

Материалом для исследования стали дрожжи. Однако всё, что выяснил в ходе своих научных изысканий обладатель Нобелевской премии, относится ко всем живым клеткам, в том числе и человеческого организма. И вот какие открытия он сделал.

В течение жизни под влиянием различных факторов (питания, условий проживания, климата, вредных привычек) в организме накапливается мусор:

• токсины;
• дефектные белки;
• различные вредные вещества;
• омертвевшие частицы;
• инфекции, бактерии, вирусы;
• патологические, повреждённые ткани.

Оказывается, природа наделила клетки способностью самостоятельно избавляться от всего этого. Схематично и упрощённо, не вдаваясь в сложную биологическую терминологию, процесс аутофагии выглядит следующим образом:

Состояние стресса → Клетки распознают в своём составе инородные частицы → Атакуют их → Заключают их в аутофагосомы (похоже на то, как мы складируем мусор в пакеты) → Перемещают их в лизосомы (контейнеры) → Там разрушают и переваривают → Образовавшиеся продукты переработки используют для получения нужной энергии, собственного омоложения и регенерации, внутреннего питания

Результат превосходит все ожидания: мало того, что клетки очищаются от мусора, среди которого оказываются инфекции и вирусы, опасные для здоровья, они ещё и обновляются. Причём никаких внешних ресурсов для этого не требуется.

Как выяснил Ёсинори Осуми, если процессы аутофагии протекают в человеческом организме регулярно и без сбоев, это гарантирует:

• высокую продолжительность жизни;
• замедление процессов старения;
• крепкий иммунитет, отражающий атаки любых, даже самых опасных бактерий и вирусов;
• отличное самочувствие;
• физическую активность и высокие интеллектуальные способности;
• бесперебойную работу всех органов и систем.

А самое главное, что удалось выяснить Нобелевскому лауреату, нарушения в процессе аутофагии влекут за собой такие тяжёлые патологии, как рак, ДЦП, болезни Альцгеймера и Паркинсона, диабет и многие другие, с которыми современная медицина справиться не может. Получается, что, если клетки будут регулярно заниматься «самоедством», риск всех этих заболеваний сводится к нулю.

Собственно, за то, что японский учёный открыл миру истинную причину таких серьёзных патологий (нарушенную аутофагию) и в то же время приоткрыл завесу, как их лечить (наладить этот механизм), он и получил Нобелевскую премию. Остаётся выяснить, а при чём здесь всё-таки голодание?

Аутофагия и голодание

С помощью аутофагии можно продлить жизнь и излечиться от самых тяжёлых заболеваний. Автоматически этого не происходит потому, что запускается она крайне редко. Ёсинори Осуми выяснил, что клетки начинают переваривать свои патогенные части лишь в условиях сильного стресса. И одним из способов его создания является голодание.

Когда клетки получают питание извне (в процессе переваривания съедаемых человеком продуктов), им нет смысла выполнять дополнительную работу - распознавать свои повреждённые элементы и заниматься их утилизацией. Но, как только они в течение длительного времени не получают никакой внешней подпитки, они начинают искать выход из сложившейся ситуации. И единственным спасением становятся те самые лишние частицы, которые можно переработать и потребить, чтобы не погибнуть.

Получается, что, работая над аутофагией, японский учёный неожиданно для своих исследований доказал ещё и пользу голодания. Именно оно запускает этот процесс и, соответственно, гарантирует и долгую жизнь, и избавление чуть ли не от всех заболеваний.

Однако стоит сразу оговориться, что в своих исследованиях Ёсинори Осуми подробно описывает исключительно процесс аутофагии: как он запускается, как протекает, что на него влияет, какое значение он имеет для здоровья и жизни человека и иные нюансы. Он не предлагает авторскую систему голодания, как считают многие, подобно , или другим исследователям. Он лишь упомянул о том, что именно воздержание от еды создаёт условия стресса, при котором клетки начинают самоочищаться.

Поэтому нельзя утверждать, что Нобелевскую премию Ёсинори Осуми дали именно за голодание. Нет, он её получил за описание механизмов аутофагии. Но эти два понятия тесно взаимосвязаны, а простому человеку гораздо ближе первое - отсюда и пошло это разночтение.

Значение открытия Ёсинори Осуми

В связи с Нобелевской премией 2016 года в области физиологии и медицины интерес к процессам аутофагии вырос в несколько раз. Практически все современные исследования и труды о голодании ссылаются на открытие Ёсинори Осуми, обосновывая его невероятную пользу. Но здесь нужно уточнить некоторые моменты.

Часто можно услышать, что Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за однодневное голодание. С одной стороны, мы выяснили, что это косвенно ошибочное заявление. С другой, рациональное зерно в этой формулировке есть, и именно на него должны обратить внимание все те, кто планирует использовать открытие японского учёного в своих целях.

Как его можно использовать?

Кажется, схема максимально проста: запускаем процесс аутофагии с помощью лечебного голодания - и живём без болезней и старости много-много лет. Самые активные уже начали всё это претворять в жизнь: взяли за основу методики 40-дневного воздержания от пищи (системы Джигурды, Суворина) и постятся. Только вряд ли у кого-то получится пройти весь этот путь до конца и добиться желаемых результатов. В чём подвох?

Длительные голодания, предлагаемые большинством существующих методик (Войтовича, Николаева, Лавровой, Щенникова), не поддерживаются официальной медициной. Их польза не только не доказана научно, но и активно опровергается. Риск серьёзных нарушений в работе органов и даже летального исхода слишком высок, чтобы решаться на такое сомнительное оздоровление. Нобелевскую премию за это точно ещё никому не дали.

А вот краткосрочных от 12 часов до 3 дней (не больше!) достаточно для того, чтобы запустить полный цикл процесса аутофагии и добиться желаемых результатов.

К сожалению, пока нет какой-то чёткой концепции или запатентованной методики лечебного голодания, которая бы основывалась конкретно на открытии Ёсинори Осуми. Каков оптимальный срок воздержания, как часто его практиковать, сколько воды можно пить, что разрешено, а что запрещено - все эти вопросы пока остаются открытыми и решаются каждым в индивидуальном порядке.

Те, кто регулярно практикует голодания, советуют брать именно , так как оно и переносится легче, и не вызывает сильного ухудшения самочувствия, и вполне вписывается в рамки выходного дня.

Кому подойдёт?

Аутофагия имеет важное значение для жизни и здоровья каждого человека. Все мы дышим загрязнённым воздухом, едим консерванты и красители и накапливаем в себе настоящие мусорные свалки. Справиться с ними могут и сами клетки, но им в этом нужно помочь. Поэтому абсолютно всем нужно время от времени устраивать краткосрочные голодания.

Но особенно полезными они окажутся для тех, кто:

• страдает от ожирения и лишнего веса (согласно исследованиям, именно жировые клетки накапливают в себе максимальное количество вредных веществ);
• попадает в группу риска по онкологии (из-за наследственного фактора);
• находится в солидном возрасте (после 50 лет это нужно делать регулярно, для профилактики Альцгеймера и Паркинсона);
• планирует в скором времени зачатие малыша (во избежание риска ДЦП).

Несмотря на то, что Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию вовсе не за , как ошибочно считают многие, описанные им механизмы аутофагии тесно с ним связаны. Его открытие даёт надежду абсолютно всем людям на излечение заболеваний, перед которыми до сих пор бессильна современная медицина. Некоторые всерьёз считают, что при правильной реализации этого достижения вполне реально замедлить процессы старения и существенно увеличить продолжительность жизни.

Аутофагия (в переводе с греческого языка ‘самопоедание’) - это процесс утилизации органелл и макромолекул в клеточных компартментах, образующихся при слиянии аутофагосом с лизосомами. В ходе аутофагии клетка адаптируется к тяжелым условиям. Когда недостаточен приток питательных веществ извне, клетка жертвует частью собственных макромолекул и органелл, чтобы получить элементы (мономеры), из которых могут быть синтезированы новые белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы, и существовать дальше. Процесс аутофагии важен для удаления из клетки поврежденных компонентов, например белковых агрегатов. В ходе этого процесса в клеточной цитоплазме поврежденные макромолекулы и органеллы попадают в специализированный компартмент, в котором расщепляются до малых молекул. Эти мономеры могут стать строительными блоками для образования новых биополимеров и органелл в случае голодания и недостатка энергии.

Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях. Однако чрезмерная аутофагия может приводить к клеточной смерти. В настоящее время аутофагия рассматривается как один из видов программируемой клеточной смерти наряду с апоптозом и некроптозом.

История исследований и Нобелевская премия 2016

Термин «аутофагия» для способа доставки цитоплазматического материала клетки в лизосомы с целью последующей деградации ввел в 1963 году бельгийский биохимик Кристиан де Дюв, первооткрыватель лизосом. Лизосомы - это клеточные органеллы, содержащие множество гидролитических ферментов, работающих в кислой среде. Впоследствии было обнаружено, что в процессе аутофагии в цитоплазме сначала образуются аутофагосомы - пузырьки, окруженные двухслойной мембраной, содержащие часть цитоплазмы и клеточные органеллы (митохондрии, рибосомы, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Аутофагосомы далее сливаются с лизосомами, в образовавшихся при этом аутолизосомах происходит деградация макромолекул и органелл в результате действия лизосомных ферментов - гидролаз. Де Дюв получил Нобелевскую премию в 1974 году «за открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки».

Лауреат Нобелевской премии 2016 года Ёсинори Осуми начал исследование аутофагии в дрожжевых клетках и с помощью генетического подхода обнаружил полтора десятка генов, инактивация которых приводила к дефектам в образовании аутофагосом. Эти гены были клонированы и секвенированы. Исследование функционирования белковых продуктов этих генов привело в дальнейшем к выяснению молекулярных механизмов индукции, протекания и регуляции аутофагии. Эти гены по современной номенклатуре называются ATG (Autophagy-related Genes ). В настоящее время открыто уже более тридцати генов ATG. Осуми показал, что аутофагия - это действительно запрограммированный процесс, то есть процесс, который кодируется в геноме. Если мутировать или отключить важные для аутофагии гены, то аутофагии происходить не будет.

// Yoshinori_Osumi_201511

Между гомологичными генами дрожжей и млекопитающих есть существенное сходство. Белковые продукты этих генов отличаются небольшим количеством аминокислотных замен. Если какой-то ген у дрожжей отвечает за аутофагию, то, скорее всего, похожий ген у животных и человека будет выполнять подобные функции. Генетику аутофагии было проще исследовать в дрожжевых клетках. Но параллельно с изучением механизмов аутофагии у дрожжей в лаборатории, возглавляемой Ёсинори Осуми, были обнаружены гомологи ряда дрожжевых генов ATG в клетках млекопитающих. Исследование функционирования белков млекопитающих, кодируемых этими генами, показало, что молекулярные механизмы аутофагии высококонсервативны у эукариот, то есть мало отличаются у таких эволюционно далеких организмов, как дрожжи и человек.

В лаборатории Ёсинори Осуми при изучении белка LC3 млекопитающих, гомолога дрожжевого белка ATG8, были обнаружены процессированная (укороченная) и липидированная формы белка - LC3-I и LC3-II соответственно. Эти формы в настоящее время стали популярными маркерами аутофагосом и индикаторами аутофагии. Далее была создана трансгенная мышь, экспрессирующая рекомбинантный белок, состоящий из LC3 и зеленого флуоресцирующего белка GFP. Это позволило легко визуализовать аутофагию с помощью флуоресцентной микроскопии и изучить кинетику и интенсивность аутофагии в разных органах мыши при голодании. В лаборатории Ёсинори Осуми была также впервые создана мышь с нокаутированным ATG геном. Гомозиготные мышата с нокаутированным ATG5 рождались нормально, но погибали в течение 24 часов после рождения. Это показало, что аутофагия существенна для неонатального развития у млекопитающих. Созданные в лаборатории Ёсинори Осуми трансгенные по GFP-LC3 и одновременно нокаутированные по ATG5 мыши успешно используются мировым научным сообществом для изучения физиологического значения аутофагии у млекопитающих. Ёсинори Осуми также принял участие в идентификации гомологов генов ATG у высших растений и в демонстрации их участия в аутофагии, что еще раз подтвердило консервативную и фундаментальную роль аутофагии у эукариот.

Типы и механизмы аутофагии

Существует три типа аутофагии: макроаутофагия, микроаутофагия и шаперон-зависимая аутофагия. При микроаутофагии мембрана лизосомы образует впадину, в которую попадает часть цитоплазмы, а затем эта впадина замыкается, образовавшийся пузырек транспортируется внутрь лизосомы, где происходит деградация его содержимого. При шаперон-зависимой аутофагии комплексы дефектных белков с шаперонами попадают в лизосомы при участии специфических мембранных рецепторов.

Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за исследования макроаутофагии, которую обычно называют просто аутофагией. Под действием сигналов, инициирующих макроаутофагию, образуется так называемый фагофор, который состоит из липидной мембраны и ряда белков, кодируемых генами ATG или гомологами генов ATG. С помощью сложной системы регуляции к фагофору привлекаются новые ATG-белки, собираются мультикомпонентные комплексы, мембрана растет, и образуется незамкнутая структура, по форме напоминающая шапочку, которая окружает часть цитоплазмы (см. рисунок). Затем двухслойная мембрана замыкается, и внутри получившегося пузырька, называемого аутофагосомой, оказываются макромолекулы и органеллы (рибосомы, митохондрии, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Образовавшаяся аутофагосома сливается с лизосомой и образует аутофаголизосому, внутри которой происходит деградация макромолекул и органелл. В этом процессе участвуют белковые продукты более 30 генов ATG, существенная часть которых была открыта в работах Ёсинори Осуми.

Аутофагия и клеточная смерть

Аутофагия считается одним из видов программируемой клеточной смерти, но сведения о смерти от аутофагии достаточно противоречивы. Есть многочисленные данные о том, что аутофагия играет защитную функцию при неблагоприятных условиях, то есть пытается спасти клетку от смерти. При этом полагают, что чрезмерная аутофагия может привести к клеточной смерти. Однако не всегда исследователи различают смерть, которая сопровождается аутофагией, и смерть, для которой аутофагия является причиной.

Международное сообщество выработало три критерия аутофагической клеточной смерти. Во-первых, клеточная смерть должна происходить без признаков апоптоза, основного вида программируемой клеточной смерти. Не должно быть активации каспаз, конденсации хроматина, характерной фрагментации ДНК. Во-вторых, должна усиливаться аутофагия, то есть должно повышаться количество аутофагосом и аутолизисом, уровень аутофагических маркеров (процессинг LC3, например). И, наконец, третий критерий состоит в том, что мутирование генов, которые необходимы для аутофагии, или подавление ATG-белков с помощью фармакологических ингибиторов должно предотвращать клеточную смерть. Эти три критерия необходимы для того, что мы называем истинной смертью от аутофагии. В реальности смерть клеток часто сопровождается аутофагией, но таких случаев, где было бы доказано, что аутофагия является настоящей причиной смерти, очень мало.

Значение аутофагии для медицины

Аутофагия играет важную роль при ряде заболеваний, включая канцерогенез и нейродегенеративные болезни. Роль аутофагии в канцерогенезе противоречива. С одной стороны, процесс аутофагии способствует выживанию опухолевых клеток, выступая промотором формирования опухолей. С другой стороны, существует достаточно доказательств, что аутофагия может стать супрессором развития новообразований. По-видимому, аутофагия играет супрессорную роль в развитии опухолей на ранних стадиях клеточной трансформации, а для уже сформировавшихся опухолей аутофагия выполняет защитную функцию, придавая ее клеткам устойчивость к химиотерапии, что приводит в конечном итоге к быстрой прогрессии заболевания.

В настоящее время активно идут клинические исследования ингибиторов аутофагии, использование которых в терапии злокачественных новообразований представляется перспективным. Но надо учитывать, что эти ингибиторы могут быть эффективны на одной стадии рака и работать в противоположном направлении на другой стадии. Понимание молекулярных механизмов активации и ингибирования аутофагии, а также механизмов ее регуляции может послужить основой для разработки новых лекарственных препаратов и повышения эффективности методов лечения злокачественных новообразований.

С помощью аутофагии клетка избавляется от дефектных белков и органелл. Особенно это актуально для неделящихся долгоживущих клеток, таких как нервные клетки. При нейродегенеративных заболеваниях в нейронах накапливаются агрегаты неправильно свернутых белков, например бета-амилоида при болезни Альцгеймера и альфа-синуклеина при болезни Паркинсона. Для правильной работы аппарата аутофагии необходим баланс между образованием аутофагосом и их деградацией в лизосомах. Нарушение этого баланса приводит к гибели нервных клеток. Показано, что повышенная аккумуляция аутофагосом в нейронах ассоциирована с нейродегенеративными заболеваниями (болезнями Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона). К этим же заболеваниям приводят мутации ATG-генов. Таким образом, выяснение механизмов регуляции аутофагии необходимо для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями.

Дальнейшие исследования, открытые вопросы

Как в любой области молекулярной и клеточной биологии, в исследованиях аутофагии существует много вопросов, на которые пока ответ не дан. На самом деле механизмы аутофагии поняты не полностью. Необходимы исследования, направленные на изучение регуляции аутофагии. В будущем, наверное, будут открыты новые молекулы, которые регулируют этот процесс. Ученые разработают лекарства, которые ингибируют аутофагию или, наоборот, ее усиливают, и исследуют, насколько эти лекарства важны для лечения различных болезней. Знание молекулярных механизмов, как правило, открывает возможности для прикладных работ.

• Аутофагия - это биологический процесс, благодаря которому улучшается сопсобность организма к детоксикации, восстановлению и регенерации.
• Активируя процесс аутофагии в своем организме, вы уменьшаете воспаление, замедляете процесс старения и оптимизируете биологические функции
• Для того, что бы активизировать этот процесс, существует три правила: употребление продуктов с высоким содержанием жиров, низким углеводов и высоким содержанием клетчатки, периодическое голодание и регулярные физические упражнения, особенно упражнения высокой интенсивности

Размер текста:

От д-ра Меркола

Несмотря на множество различных способов избавить свой организм от накопленных токсинов – от детоксикации пищевых продуктов и химикатов и/или натуральных обезвреживающих веществ до сауны , важную роль играет биологический процесс под названием «аутофагия».

Термин «аутофагия» означает «самопоглощение» и означает процессы, с помощью которых ваш организм очищается от различного мусора, в том числе от токсинов, а также перерабатывает поврежденные клеточные компоненты.
Как объясняют на сайте Greatist:

«Ваши клетки создают мембраны, которые охотятся на остатки мертвых, больных или изношенных клеток; они пожирают эти остатки, раздирая их на части; а полученные молекулы используют для создания энергии или образования новых частей клетки».

Доктор Колин Чемп, профессиональный лучевой терапевт и доцент медицинского центра Университета Питтсбурга объясняет это так:

«Считайте это врожденной программой утилизации нашего организма. Благодаря аутофагии, мы более эффективно избавляемся от дефектных частей, останавливаем раковые новообразования, а также прекращаем такие нарушения метаболизма, как ожирение и диабет».

Усиливая процесс аутофагии в своем организме, вы уменьшаете воспаление, замедляете процесс старения и оптимизируете биологическую функцию.

Усиление аутофагии с помощью упражнений

Кроме того, важно понимать, какие углеводы мы имеем в виду, когда мы говорим о «низком их содержании», поскольку овощи – тоже «углеводы». Тем не менее, углеводы с клетчаткой (т.е. овощи) не будут толкать ваш метаболизм в неправильном направлении – на это способны только углеводы без клетчатки (имеется в виду сахар и все, что в него превращается: газированные напитки, обработанные зерновые, макаронные изделия, хлеб и печенье, например).

Еще более важно то, что клетчатка, не расщепленная сахаром, проходит по пищеварительному тракту, где ее потребляют бактерии в вашем кишечнике, и преобразуется в короткоцепочечные жиры, которые на самом деле полезны для здоровья.

Если вы посмотрите на питательную ценность, указанную на упаковке обработанных продуктов, вы увидите общее количество углеводов , а это, опять же, не то, о чем мы говорим. Чтобы рассчитать вредные углеводы без клетчатки, нужно отнять граммы клетчатки от общего количества граммов углеводов, содержащихся в данном продукте. Помните, вам нужны углеводы, но все они должны быть из овощей , которые также богаты клетчаткой.

Аутофагия восстанавливает функции стволовых клеток стареющих мышц

Уже давно известно, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в скелетных мышцах являются важной частью процесса восстановления мышц. Предыдущие исследования показали, что физические упражнения влияют на поведение мышечных стволовых клеток и могут помочь предотвратить или даже восстановить связанную с возрастом потерю мышечной массы. МСК в мышечной ткани очень чувствительны к механическим нагрузкам, а эти стволовые клетки накапливаются в мышечной массе после физических упражнений.

Несмотря на то, что МСК напрямую не способствуют созданию новых мышечных волокон, они вырабатывают фактор роста, стимулирующий другие клетки к созданию новых мышц. Также известно, что с возрастом, в мышцах человека снижается количество МСК, как снижается и эффективность аутофагии. В результате, отходы метаболизма начинают накапливаться в клетках и тканях.

Недавнее исследование, проведенное в Испании, сообщает, что сателлитные клетки - мышечные стволовые клетки, ответственные за регенерацию тканей - полагаются на аутофагию с целью предупреждения остановки клеточного цикла, известного как клеточное старение(состояние, при котором значительно снижается активность стволовых клеток). Короче говоря, чтобы улучшить регенерацию мышечной ткани, необходимо усилить процесс аутофагии.

При эффективной аутофагии – внутреннем механизме очистки тела- стволовые клетки сохраняют способность сохранять и восстанавливать ткани.

Здоровье и долголетие неразрывно связаны с митохондриальной функцией

Я хочу, чтобы вы поняли: ваш образ жизни определяет вашу судьбу с точки зрения того, как долго вы будете жить и насколько, в конечном счете, будут здоровыми эти годы. Для оптимального здоровья и профилактики заболеваний вам нужны здоровые митохондрии и эффективная аутофагия (клеточное очищение и переработка), а также три ключевых фактора образа жизни, которые оказывают благотворное влияние на оба этих фактора:

1. Что вы едите : рацион с высоким содержанием полезных жиров, умеренным содержанием белка и низким содержанием углеводов без клетчатки. Также важно употреблять органические продукты растительного и животного (от выпасных животных) происхождения, поскольку часто используемые пестициды, такие как глифосат вызывают повреждения митохондрий
2. Когда вы едите : легче всего, как правило, придерживаться ежедневных периодических голоданий, но эффективным будет любой график, которого вы будете последовательно придерживаться

Физические упражнения , причем наиболее эффективны высокоинтенсивные

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.

Одной из особенностей старения является неспособность клетки адаптироваться к условиям стресса.
В процессе жизнедеятельности, в клетках накапливаются необратимые повреждения и, как следствие,
делящиеся клетки регенерирующих тканей прибегают к двум основным механизмам, предотвращающим деление. Они могут либо навсегда остановить клеточный цикл (войти в состояние покоя , «сенесценцию» ), либо запустить механизм запрограммированной смерти.
Существует несколько видов клеточной гибели. (самоубийство) является наиболее подробно описанной формой запланированной клеточной смерти. Существует, однако, ещё одна форма гибели клетки - аутофагия (самопоедание), которая осуществляется при помощи лизосомной деградации, имеющей важное значение для поддержания гомеостаза.
В отличие от митотических (делящихся) клеток, постмитотические клетки, такие как нейроны или кардиомиоциты, не могут войти в состояние покоя, поскольку они уже окончательно дифференцированны. Судьба этих клеток, таким образом, полностью зависит от их способности справляться со стрессом.
Аутофагия является одним из основных механизмов для ликвидации поврежденных органелл, долгоживущих и аномальных белков и излишних объёмов цитоплазмы.

Функционирование клетки как системы

Одноклеточные и многоклеточные организмы живут в постоянной адаптации к внешним и внутренним повреждающим стимулам. Неизбежное накопление повреждений приводит к ухудшению состояния компонентов клеток, к ухудшению клеточных функций и к изменениям в тканевом гомеостазе, что в конечном итоге оказывает влияние на весь организм.

Таким образом, старение в настоящее время рассматривается как естественное ухудшение организма с течением времени, ухудшение его «фитнеса», предположительно, в результате накопления невосстанавливаемого ущерба.

Многие возрастные патологии происходят от недостаточно точного функционирования механизмов репарации ДНК или аномалий в антиоксидантных механизмах, которые способствуют детоксикации
активных форм кислорода . Оксидативный стресс играет важную роль в онкогенезе и в снижении функции головного мозга, которые объясняются возрастно-зависимымой пероксидацией липидов , окислением белков и окислительной модификации генома митохондрий и ДНК .
Несмотря на общее происхождение этих заболеваний, существуют некоторые различия в зависимости от возраста, при котором они наступают. Заболеваемость раком резко возрастает после 50-летнего возраста, в то время как заболеваемость нейродегенеративными расстройствами повышается после 70 лет. Одним из важных различий между этими двумя патологиями является тип клеток, которые они поражают.
Рак затрагивает, в первую очередь, митотические клетки, в то время как нейродегенеративные расстройства затрагивают главным образом постмитотические (неделящиеся) клетки.
Таким образом, встает вопрос, чем принципиально отличается реакция этих типов клеток в ответ на стрессовые воздействия. По пролиферативной структуре тканей, многоклеточные организмы можно разделить на простые и комплексные . После развития и дифференцировки, простыe организмы (например, Caenorhabditis elegans и Drosophila melanogaster) состоят только из постмитотических клеток, которые окончательно дифференцированы и больше не делятся. И наоборот, комплексные организмы (например, млекопитающие) состоят как из постмитотических так и митотических клеток, которые присутствуют в регенерирующих тканях и поддерживают их способность размножаться.
Одним из важных различий между простыми и комплексными организмами, это продолжительность их жизни: нематоды C. elegans живут только несколько недель, плодовые мушки D.melanogaster живут несколько месяцев, в то время как мыши могут жить несколько лет, а люди - многие десятилетия. Вполне вероятно, что присутствие регенерирующих тканей в организме дает возможность заменить поврежденные клетки, тем самым увеличивая продолжительность жизни.
Тем не менее, потенциал возобновляемых тканей к саморегенерации представляет из себя риск в плане заболевания раком. Накопление повреждений увеличивает риск митотических клеток к приобретению модификаций в геномной ДНК и, следовательно, риск превратиться в раковую клетку.
В целях сохранения организма, поврежденные клетки опираются на два различных механизма, чтобы остановить их рост: они могут либо войти в состояние ареста клеточного цикла (процесс, известный как «сенесценция») или вызвать генетические программы клеточной гибели, чтобы умереть «по-тихому», не затрагивая соседние клетки (путем апоптоза и, возможно, аутофагии).
Для постмитотических клеток однако, сценарий поведения повреждения клеток радикально отличается. Поскольку их уже остановлен в фазе G0 , они не могут войти в состояние покоя, в сенесценцию. Не имея такого преимущества как пролиферативное обновление, постмтотические клетки, такие, как нейроны или кардиомиоциты , вынуждены адаптироваться к стрессу в целях обеспечения жизненно важных функций всего организма.
В нейродегенеративных патологиях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и Хантингтона, агрегирование белков является следствием недостаточного удаления окисленных, неверно сконформированных или аномальных белков в мозге . В этом контексте, аутофагия является основным путём для обеспечения нормальной функции повреждённой ткани.

Клеточное старение (сенесценция)

по сути является остановкой в фазе G1 клеточного цикла постоянно пролиферирующих клеток в ответ на стресс, с целью избежать опасности трансформации в злокачественную клетку. Клетки в состоянии покоя принимают уплощенную форму и запускают экспрессию конкретных молекулярных маркеров, связанных с сенесценцией - бета-галактозидазы, связанных с старением гетерохроматиновых локусов и накопления липофусциновых гранул .
способствующих переходу клетки в состояние покоя.
Среди них, укорочение теломер, повреждение ДНК и оксидативный стресс являются наиболее хорошо изученными. Несмотря на разнообразие этих сигналов, они сходятся на двух основных эффекторных путях: на пути и pRB пути (Рис.1).
В нормальных условиях, активность белка - супрессора опухоли p53 регулируется белком MDM2. Однако, при митогенном стрессе или повреждении ДНК, активность MDM2 подавляется и функциональный p53 способен активировать ингибитор циклин-зависимых киназ p21 , который останавливает клеточный цикл.
Во втором пути, белок ретинобластомы рRB активируется белком p16 в условиях стресса или повреждений ДНК, который в свою очередь связывается с представителями E2F факторов транскрипции, о которых известно, что они запускают клеточный цикл .
Эти два пути перекрываются в области контроля клеточного старения, а также могут совпадать с запуском программ клеточной смерти. Например, вентрикулярные кардиомиоциты активируют митохондриальный апоптоз, когда в этих клетках увеличивается экспрессия E2F.
Несмотря на то, что сенесценция является способом адаптации клетки в ответ на стрессовые условия, этот механизм, однако, может иметь негативное воздействие на выживание организма.
С возрастом, сенесцентные клетки накапливаются в пролиферативных тканях и вырабатывают различные протеазы деградации, факторы роста и цитокины, что оказывает воздействие на функции соседних клеток, не находящихся в состоянии покоя.
После массового накопления стареющих клеток, пролиферативный потенциал регенерирующих тканей снижается из-за уменьшения стволовых клеток. В общей сложности, эти последствия могут создать неблагоприятную обстановку, которая влияет на развитие неопластичных клеток в опухоли, что в итоге повышает риск заболевания раком.

Апоптоз

Апоптоз и сенесценция

Как и клеточное старение, апоптоз является крайней формой клеточного ответа на стресс и представляет собой важный механизм подавления опухолей. Пока еще не ясно, что определяет путь, по которому идёт клетка. Хотя большинство клеток способно на оба этих процесса, они всё же являются взаимозаключающими.
Тип клетки является определяющим, так поврежденные эпителиальные клетки и фибробласты в основном входят в покой, в то время как поврежденные лимфоциты подвергаются апоптозу. Кроме того, было сообщено о том , что при помощи манипулирования уровня экспрессии Bcl-2 или ингибирования каспаз можно направить клетку, которая обычно бы умерла путем апоптоза, в состояние покоя. Также, были предприняты попытки затормозить клеточное старение путём повышенного уровня теломеразы, что в итоге не предотвращает клеточного старения, а защищает клетки от апоптоза.
Эти исследования ясно указывают на пересечение между процессами апоптоза и клеточного старения, например, на уровне белка супрессора опухоли p53.
В раковых клетках толстой кишки , активация p53 ведёт к инициации апоптоза, а не переходом в состояние покоя после онкогенного воздействия путём повышенной экспрессии c-myc. Тем не менее, детали и механизмы перекрестного регулирования между апоптозом и клеточным старением должны быть более подробно изучены.

Аутофагия

Аутофагия и апоптоз при клеточном старении

В большинстве случаев, аутофагия способствует выживанию клеток путем адаптации клеток к условиям стресса. В этом контексте парадоксально, что механизм аутофагии представляет из себя также не-апоптотическую программу клеточной гибели, которую называют "autophagic"или" тип-II" клеточной смертью.
Это основано на том, что некоторые случаи гибели клеток сопровождаются массовой аутофаговой вакуолязацией. Тем не менее, эти морфологические наблюдения не могут показать, сопровождается ли смерть клетки формированием аутофаговых вакуолей или клеточная гибель действительно осуществляется путём аутофагии. В самом деле, отношения между аутофагией и апоптозом являются сложными, и
именно то, что определяет, погибнет ли клетка путем апоптоза или по другому механизму по-прежнему остаётся неясным. В некоторых клеточных системах , аутофагия является единственным механизмом гибели, действуя в качестве резервного механизма исполнение смертного приговора, когда апоптоз в клетке просто заингибирован. И наоборот, если в процессе клеточного голодания заблокировать процесс аутофагии (например, припомощи малых интерферирующих РНК), то инициируется программа апоптоза .
В опухолевых клетках клеточных линий при воздействии на них цитотоксическими веществами, клетки предпочитают аутофагию, избегая апоптоз и клеточное старения. Опять же , белок p53 был определен в качестве одного из главных регуляторов определяющего направление, по которому пойдёт клетка. В стареющих и постмитотических клетках, аутофагия служит в качестве механизма адаптации к стрессу.
Было показано , что аутофагосомы накапливаются в стареющих фибробластах в целях содействия обновлению веществ цитоплазмы и её органелл. Точно так же в кардиомиоцитах , оптимальное функционирование митохондрий зависит от макро-аутофагии.
Работа одного типа аутофагии- CMA - снижается с возрастом, что увеличивает риск дегенерации нейронов, связанный с накоплением подверженных к аггрегации мутантных белков. Следует отметить , что нейродегенеративные заболевания, связанные с возрастом, имеют схожие характеристики с патологиями, вызванных нокаутом генов, связанных с аутофагией (atg) в головном мозге, такими как накопление убиквитинированных белков и телец включения в цитоплазме, увеличение апоптоза в нейронах и постепенная потеря нейрональных клеток.
Недостаток питательных веществ является наиболее часто используемым способом индуцирования аутофагии в культивируемых клетках, и действительно аутофагия это механизм, с помощью которого одноклеточные организмы (например дрожжевые клетки), а также клетки млекопитающих могут адаптироваться к истощающимся ресурсам.
В ходе деградации макромолекул высвобождается АТФ, что позволяет скомпенсировать отсутствие внешних источников питания. Важно отметить, что эта способность аутофагии может участвовать в продлении жизни организма за счёт ограничения в калорийности питания. Голодание или диетическое ограничение являются одним из сильнейших стимулов для запуска аутофагии по всему организму у мышей и нематод C.elegans.
В любопытном исследовании было показано , что выключение atg генов в C. elegans отменили эффекты противо-старения, которые наблюдались у особей в ходе ограничения калорий.
Точный механизм, посредством которого аутофагия уменьшает старение далеко не ясен. Тем не менее, можно предположить, что регулярное обновление цитоплазматических структур и молекул "очищает" и тем самым омолаживает клетки. Кроме того, аутофагия играет важную роль в поддержании стабильности генома посредством механизмов, которые еще не изучены.
Таким образом, общее увеличение уровня аутофагии может помочь избежать долгосрочных последствий повреждений ДНК, гипотеза , которая требует дальнейшего изучения.

Заключительные замечания

Эмбриогенез и развитие многоклеточных организмов являются результатом баланса между клеточной пролиферацией и клеточной смертью.
После дифференцировки тканей, ткани с пролиферирующими клетками и ткани с не-пролиферирующими клетками накапливают повреждения, которые существенны для поддержания жизни и ускоряющие старение.
В пролиферативных тканях, существуют два различных механизма, которые позволяют клеткам избежать прогрессирования поврежденных клеток в клетки рака: арест деления (процесс, известный как клеточное старение), либо запрограммированная клеточная гибель (апоптоз и, возможно, также массивная аутофагия). Кроме того, старение связано с возрастающим риском развития различных патологий, связанных с клеточными повреждениями.
В частности, нейродегенерация может развиться из-за снижения клеточных механизмов, которые направлены на удаление поврежденных элементов. Основной путь деградации цитоплазматических элементов – аутофагия, уровень которой, как сообщается, снижается с возрастом.
Стимулирование аутофагии путём ограничения калорийности питания может служить в качестве стратегии для того, чтобы избежать развития возрастно-зависимых болезней, как это было показано на C.elegans. Вместе с тем остается открытым вопрос о том, что может оказать положительное влияние на возрастные изменения в человеке: индукция аутофагии (периодическая или непрерывная) путем ограничения калорийности (перемежающейся или постоянной) или воздействие фармакологическими средствами.

Доска почёта

Craig B. Thompson
Chairman and Professor, Dept of Cancer Biology and Medicine
University of Pennsylvania.
Лаборатория Томпсона занимается регуляцией развития лейкоцитов, клеточной пролиферации, адаптации к стрессовым условиям, апоптозом. Одним из направлением является исследования эволюционного видоизменения многоклеточных организмов как механизма строгого контроля над процессами клеточной смерти и старения.

Russell T. Hepple , PhD

Associate Professor, Faculty of Kinesiology, University of Calgary, Canada
Лаборатория Хеппле занимается проблемами снижения функции мышечной ткани в свете регуляции клеточного старения и смерти.

Джуди Кампизи, Buck Institute for Age Research, Buck Institute
8001 Redwood Blvd.
Novato, CA 94945

Радиобиолог [b] работает в Институте биологии научного Центра Уральского отделения РАН в Сыктывкаре: занимается экологической генетикой.