AUTOFÁGIA: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, FUNKCIÓK, TANULMÁNYOK - BIOLÓGIA - 2025

Az autofágia egy intracelluláris degradációs rendszer, amely így fennmarad az összes eukarióta sejt (és vakuoláris élesztő) lizoszómáiban. A szót általában a citoszol alkotóelemeinek vagy a sejt olyan részeinek lebontására utalják, amelyek "elavultak", vagy amelyek már nem működnek megfelelően.

Az autofágia kifejezést 1963-ban a Duke, a Rockefeller Egyetemen hozta létre, aki szintén megfigyelte és leírta a celluláris endocitózis folyamatait. A szó szoros értelmében az autofágia azt jelenti, hogy "önelégülni", bár egyes szerzők ezt "ön kannibalizmusnak" írják le.

A makroautofágia és a mikroautofágia grafikus ábrázolása (Forrás: Cheung és Ip a Wikimedia Commons segítségével)

Ez a rendszer abban különbözik a proteaszóma által közvetített lebomlástól, hogy az autofágia képes a teljes intracelluláris organellákat és a nagy fehérjekomplexeket vagy aggregátumokat nem szelektív módon eltávolítani.

A nem szelektív fagocitózis ellenére különböző vizsgálatok kimutatták, hogy az autofágia számos élettani és kóros következményekkel jár. Mivel az éhezéshez való alkalmazkodás időszakaiban, a fejlődés során aktiválódik a betörő mikroorganizmusok eltávolítására, a programozott sejthalál során, a daganatok eltávolítására, az antigének bemutatására stb.

jellemzők

Az autofágia, amint azt tárgyaltuk, egy olyan eljárás, amelyet egy citoplazmatikus organelle közvetít, úgynevezett lizoszóma.

Az "autofágia" folyamata a kettős membrán által lebomló organellek bekapsulálásával kezdődik, amely egy autofagoszómának nevezett membrán testet képez. Az autofagoszóma membrán ezt követően megolvad a lizoszomális membránnal vagy egy késői endoszómával.

Az aminosavak vagy más komponensek szekvenálása, lebontása és felszabadulása közötti újrahasznosítási lépések mindegyike különböző sejtkörnyezetben különféle funkciókat tölt be, ami az autofágiat rendkívül multifunkcionális rendszerré teszi.

Az autofágia egy meglehetősen ellenőrzött folyamat, mivel csak a megjelölt sejtkomponensek irányulnak erre a lebomlási útvonalra, és a jelölés általában a sejtek átalakításánál zajlik.

Például, ha egy májsejt detoxikációs reakciót vált ki a zsírban oldódó gyógyszerekkel szemben, akkor sima endoplazmatikus retikuluma jelentősen proliferál, és amikor a gyógyszer által generált stimulus csökken, a felesleges sima endoplazmatikus retikulumot az autofágia eltávolítja a citoszolos térből.

Autofágia indukciója

Az egyik olyan esemény, amely a leggyakrabban kiváltja az autofág folyamatokat, az éhezés.

A vizsgált szervezettől függően különféle alapvető tápanyagok kiválthatják ezt az "újrahasznosítási" rendszert. Például az élesztőben, bár bizonyos aminosavak és nukleinsavak szénhiánya indukálhatja az autofágiat, a nitrogénhiány a leghatékonyabb inger, amely a növényi sejtekre is érvényes.

Noha ez még nem teljesen ismert, a sejtek speciális "érzékelőkkel" rendelkeznek annak meghatározására, mikor van egy tápanyag vagy esszenciális aminosav nagyon alacsony állapotban, és így indítják el a teljes újrahasznosítási folyamatot a lizoszómákon keresztül.

Emlősökben bizonyos hormonok részt vesznek az autofágia szabályozásában (pozitív vagy negatív) bizonyos szervekhez tartozó sejtekben, például inzulin, bizonyos növekedési faktorok vagy interleukinek stb.

típusai

Az eukarióták között az autofágia három fő típusa van: makroautofágia, mikroautofágia és chaperone-mediált autofágia. Hacsak nem részletezzük, az autofágia kifejezés a makroautofágia-ra utal.

Noha az autofágia három típusa morfológiailag különbözik egymástól, mindazonáltal az anyagok szállítása lizoszómákba lebontás és újrahasznosítás céljából.

Macroautophagy

Ez egy olyan autofágia, amely a fagocitikus vezikulumok de novo képződésétől függ, autofagoszómák néven ismert. Ezeknek a vezikulumoknak a kialakulása független a membrán „rügyeinek” kialakulásától, mivel ezek tágulással alakulnak ki.

Az élesztőben az autofagoszómák képződése egy PAS néven ismert helyen kezdődik, míg az emlősökben a citoszolban sok különböző hely fordul elő, valószínűleg az endoplazmatikus retikulumhoz kapcsolódva az "omegazómák" néven ismert struktúrák révén.

Az autofagoszómák nagysága nagyon változó, és függ a szervezettől és a fagocitozált molekula vagy organell típusától. Az élesztő átmérője 0,4–0,9 μm, emlősökben pedig 0,5–1,5 μm lehet.

Amikor az autofagoszóma és a lizoszóma membránjai megolvadnak, ezek tartalma keveredik, és ekkor kezdődik az autofágia célszubsztrátok emésztése. Ezt az organellát autolizoszómának nevezik.

Egyes szerzők számára a makroautofágia alcsoportokba sorolható indukált autofágia és kiindulási autofágia kategóriákká. Az indukált makroautofágia aminosavak előállítására szolgál hosszabb ideig az éhezés után.

Az alapvető makroautofágia a konstitutív mechanizmusra vonatkozik (amely mindig aktív), amely nélkülözhetetlen a különböző citoszolos komponensek és az intracelluláris organellák keringéséhez.

Microautophagy

Az ilyen típusú autofágia arra az eljárásra utal, amelyben a citoplazmatikus tartalmat az említett organelleme membránjában bekövetkező invaginációk révén juttatják a lizoszómába.

A lizoszómába való bejutás után az ilyen behatások által előállított vezikulák szabadon lebegnek a lumenben, amíg fel nem lizálódnak, és tartalmuk felszabadul és lebontódik a speciális enzimek által.

Chaperone által közvetített autofágia

Az ilyen típusú autofágia csak az emlősök sejtjeiről számol be. A makroautofágia és a mikroautofágia ellentétében, ahol egyes citoszolos részek nem specifikusan fagocitizáltak, a chaperonok által közvetített autofágia meglehetősen specifikus, mivel ez függ a pentapeptidszekvenciák jelenlététől azokban a szubsztrátumokban, amelyeket a fagocitózisba fognak hozni.

Egyes kutatók megállapították, hogy ez a pentapeptid motívum kapcsolódik a KFERQ szekvenciához, és a citoszolos fehérjék több mint 30% -ában megtalálható.

Ezt nevezik „chaperone-mediált” -nak, mivel a chaperone-fehérjék felelősek ennek a konzervált motívumnak a kitettségben tartásáért, hogy megkönnyítsék annak felismerését és megakadályozzák, hogy a fehérje ráhajoljon.

Az ezzel a címkével ellátott fehérjék átjutnak a lizoszomális lumenbe, és ott lebontják őket. A lebomlás számos szubsztrátja glikolitikus enzimek, transzkripciós faktorok és inhibitorok, kalcium- vagy lipidkötő fehérjék, proteaszóma alegységek és egyes fehérjék, amelyek vezikuláris kereskedelemben vesznek részt.

Az autofágia másik két típusához hasonlóan, a chaperone által közvetített autofágia is számos szinten szabályozott folyamat, a címkézés felismerésétől a szubsztrátok szállításáig és lebontásáig a lizoszómákon belül.

Jellemzők

Az autofágikus folyamat egyik fő funkciója az érződő vagy „elavult” organellák eltávolítása, amelyeket különféle útvonalon jelölnek meg a lizoszómákon belüli degradációért.

Az emlős sejtekben a lizoszómák elektronmikroszkópos megfigyelésének köszönhetően peroxiszómák és mitokondriumok jelenlétét fedezték fel bennük.

Például egy májsejtben a mitokondrion átlagos élettartama 10 nap, ezt követően az organellát lizoszómák fagocitizálják, ahol lebomlanak, és alkotóelemeit újból metabolikus célokra újrahasznosítják.

Alacsony tápanyagkoncentráció esetén a sejtek kiválthatják autofagoszómák képződését, hogy szelektíven "elfogják" a citoszol részeit, valamint ezekben az autofagoszómákban az emésztett metabolitok elősegíthetik a sejtek túlélését, amikor a külső feltételek korlátozódnak az adott ponttól. táplálkozási szempontból.

Szerepek az egészségben és a fejlődésben

Az autofágia fontos szerepet játszik a sejtek szerkezetátalakításában a differenciálódási folyamatban, mivel részt vesz a citoszolos részek megsemmisítésében, amelyek nem szükségesek meghatározott időpontokban.

Fontos következményekkel jár a sejtek egészségére is, mivel része a betörő vírusok és baktériumok elleni védelmi mechanizmusoknak.

Yoshinori Ohsumi tanulmányok

Yoshinori Ohsumi, a 2016. évi Nobel-díjas japán élettani és orvostudományi kutató leírta az élesztőben az autofágia molekuláris mechanizmusait, miközben sok fehérje metabolikus sorsát és ezeknek az egysejtű organizmusoknak a vákuumait vizsgálta.

Munkájában Ohsumi nemcsak azonosította a fehérjéket és a folyamatban részt vevő útvonalakat, hanem bebizonyította, hogy az autofágia útját hogyan szabályozzák a fehérjék, amelyek képesek "érzékelni" a különböző anyagcserét.

Munkája a vákuumok pontos mikroszkópos megfigyelésével kezdődött az intenzív lebomlási események során. A vákuumokat az élesztő „szemétének” és a sejtes hulladékoknak a tárolóhelyének tekintik.

Az autofágiahoz kapcsolódó vagy hipotetikusan rokon különféle gének (ATG-géneknek nevezett) eltérő mutáns genotípusú élesztők megfigyelésével ez a kutató és munkatársai képesek voltak leírni az élesztő autofágikus rendszerét genetikai szinten.

Később ez a kutatói csoport meghatározta az e gének által kódolt fehérjék fő genetikai tulajdonságait, és jelentős mértékben hozzájárult kölcsönhatásukhoz és az élesztőben az autofágia kezdeményezéséért és végrehajtásáért felelős komplexek kialakulásához.

Yoshinori Ohsumi munkájának köszönhetően ma jobban megértjük az autofágia molekuláris aspektusait, valamint annak fontos hatásait a felépítő sejtek és szervek megfelelő működésére.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., és Walter, P. (2015). A sejt molekuláris biológiája (6. kiadás). New York: Garland Science.
2. Klionsky, DJ és Emr, SD (2000). Autofágia, mint a sejtek lebomlásának szabályozott útja. Science, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autofágia: folyamat és funkció. Genes & Development, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru és Komatsu, M. (2011). Autofágia: Sejtek és szövetek felújítása. Cell, 147, 728-741.
5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autofágia és anyagcsere. Science, 330, 1344-1348.