פרס נובל לרפואה ליושינורי אוסומי – מגלה תהליך הובלת חומרי התא לפירוק

מדובר בשלב מקדים ל זה של פירוק החלבונים על ידי היוביקוויטין, תגלית עליה זכו בפרס נובל לכימיה לשנת 2004 החוקרים הישראלים אברהם הרשקו ואהרן צ’חנובר * יושינורי אוסומי פיענח את התהליך הגורם לחומרים שאינם נדרשים בתא, לעיתים איפלו אברונים שונים להיארז לקראת פירוקם. לתהליך זה חשיבות בעיקר בתנאי עקה כגון רעב או מחלות

חתן פרס נובל לרפואה ופיזיולוגיה לשנת 2016 גילה ופיענח את פעולת מנגנוני האוטופגיה, מרכיב בסיסי בתהליך התפרקות ומחזור מרכיבים תאיים.

אוטופגיה – Autophagy מילה המשלבת שתי מילים ביוונית AUTO – כלומר עצמי ו- phagein שמשמעותו “לאכול”. לפיכך, משמעות השם אוטופגיה היא “אכילה עצמית”. תפיסה זו התפתחה במהלך שנות השישים של המאה העשרים. כאשר התגלה לראשונה שהתא יכול להרוס את תכולתו על ידי עטיפתו בקרום ויצירת שלפוחית דמוית שק וזו מועברת לליזזום לפירוק.

ואולם תהליך ההתפרקות והמיחזור נותר ברובו בגדר תעלומה עד שבסדרת ניסויים בתחילת שנות התשעים, הצליח חתן פרס נובל לרפואה לשנת 2016 יושינורי אוסומי לזהות בשמרי אפיה לזהות את הגנים החיוניים לאוטופגיה. הוא חקר את המנגנונים בשמרים והראה גם כי מנגנונים מתוחכמים דומים משמשים גם בתאים שלנו.

התגליות של אושומי הביאו לתובנות חדשות אודות החשיבות העקרונית של האוטופגיה בתהליכים פיזילוגיים רבים כגון התמודדות התאים עם רעב או בתגבה לזיהומים. מוטציות בגנים של האוטופגיה עלולות לגרום למחלות ותהליכים אוטופיים מעורבים בכמה מחלות לרבות סרטן ומחלות נוירולוגיות.

התפרקות – תפקיד מרכזי בכל התאים החיים
בשנות החמישים נצפה לראשונה אברון בתוך התא המכיל אנזימים המעכלים חלבונים, פחמימות ושומנים. אברון זה המכונה ליזוזום מתפקד כתחנת עבודה להרס מרכיבי התא. המדען הבלגי כריסטיאן דה דוב זכה בפרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה בשנת 1974 על גילוי הליזוזום. תצפיות חדשות במהלך שנות השישים 1960 הראו כי כמויות גדולות של חומרי התא ואפילו אברונים שלמים יכולים להימצא לעיתים בתוך הליזוזום ולכן היה ברור שחייבת להיות אסטרטגיה להעברת מטען כה גדול אל הליזוזום. דה דוב היה גם זה שערך ניתוח ביוכימי מיקרוסקופי וגילה סוג חדש של שלפוחיות הובלת מטען אל ליזוזום הפירוק. הוא גם טבע את המונח אוטופגיה – אכילה עצמית כדי לתאר את התהליך הזה. השלפוחית החדשה נקראה autophagosomes.

בשנות השבעים והשמונים התגלתה מערכת נוספת לפירוק חלבונים הפרוטואזום, על ידי פרופ’ אברהם הרשקו ופרופ’ אהרן צ’חנובר ופרופ’ אירווין רוז. השלושה זכו על גילוי זה בפרס נובל לכימיה לשנת 2004 עבור גילוי תהליך פירוק החומרים בתא בתיווח היוביקוויטין. הפרוטאזום מפרק ביעילות את החלבונים אחד אחד

אך מנגנון זה לא הסביר כיצד התא נפטר מקומפלקסי חלבונים גדולים ומאברונים שחוקים. האם ייתכן שתהליך האוטופגיה יהיה התשובה? ואם כן מהם המנגנונים העומדים מאחוריו.

ניסוי פורץ דרך
יושינורי אושומי היה פעיל בתחומי מחקר שונים, אך עם פתיחת המעבדה שלו בשנת 1988, הוא ריכז את מאמציו בתחום פירוק החלבונים באברון החלולית – האברון המוביל לליזוזום בתאים אנושיים. תאי שמרים קלים יחסית למחקר וכתוצאה מכך הם משמשים לעתים קרובות כמודל לתאים אנושיים. הם שימושיים במיוחד בזיהוי גנים המעורבים במסלולים תאיים מורכבים.

ואולם אושומי עמד בפני אתגר גדול – תאי השמרים קטנים וקשה להפריד את המבנים הפנימיים שלהם מתחת למיקרוסקופ. הוא אפילו לא היה בטוח שתהליך האוטופגיה קיים ביצור זה. אושומי הסביר כי אם יוכל לשבש את תהליך הפירוק בתוך החלולית, בעוד תהליך האוטופגיה פעיל, אזי ה- autophagosomes יצטרכו להצטבר בתוך החלולית ולהיות גלויים במיקרוסקופ.
הוא גידל תרבית שמרים שעבו מוטציה שבגללה היו חסרים אנזימים לפירוק בחלולית ובמקביל גירה את תהליך האוטופגיה באמצעות הרעבת התא.

בתוך כמה שעות התמלאה החלולית והחומרים לא התפרקו. אושומי הוכיח שתהליך האוטופגיה קיים בשמרים, אבל חשוב מכך, הוא גילה שיטה לזיהוי ואפיון גני מפתח המעורבים בתהליך זה. זו היתה פריצת הדרך שפרסם ב-1992 והביאה אותו לפרס נובל לשנת 2016.