AUTOFAGI: EGENSKAPER, TYPER, FUNKSJONER, STUDIER - BIOLOGI - 2026

Den Autophagy er en intracellulær degradering system skjer så bevart i lysosomene i alle eukaryote celler (og vakuoler gjær). Ordet brukes vanligvis for å referere til nedbrytning av komponentene i cytosol eller "delene" av cellen som er "foreldet" eller som har sluttet å fungere ordentlig.

Begrepet autophagy ble myntet i 1963 ved Rockefeller University av de Duve, som også observerte og beskrev prosessene for cellulær endocytose. Bokstavelig talt betyr ordet autophagy "å konsumere seg selv", selv om noen forfattere beskriver det som "self kannibalism".

Grafisk fremstilling av makroautofagi og mikroautofagi (Kilde: Cheung og Ip via Wikimedia Commons)

Dette systemet skiller seg fra proteasomformidlet nedbrytning ved at autofagi er i stand til å fjerne komplette intracellulære organeller og store proteinkomplekser eller aggregater ikke-selektivt.

Til tross for denne ikke-selektive fagocytose, har forskjellige undersøkelser vist at autofagi har mange fysiologiske og patologiske implikasjoner. Siden den aktiveres i perioder med tilpasning til sult, under utvikling, for eliminering av invaderende mikroorganismer, under programmert celledød, for eliminering av svulster, presentasjon av antigener, etc.

kjennetegn

Autophagy er, som diskutert, en prosess formidlet av en cytoplasmatisk organell kjent som lysosomet.

"Autophagy" -prosessen begynner med innkapslingen av organellen som vil bli nedbrutt av en dobbeltmembran, og danne et membranlegeme kjent som autophagosome. Autofagosommembranen smelter deretter sammen med den lysosomale membranen eller med et sent endosom.

Hvert av disse trinnene mellom sekvestrering, nedbrytning og frigjøring av aminosyrer eller andre komponenter for resirkulering utøver forskjellige funksjoner i forskjellige cellulære sammenhenger, noe som gjør autofagi til et svært multifunksjonelt system.

Autofagi er en ganske kontrollert prosess, siden bare de markerte cellulære komponentene er rettet mot denne nedbrytningsveien og merkingen vanligvis skjer under cellulære ombyggingsprosesser.

For eksempel når en levercelle etablerer en avgiftningsrespons som respons på fettløselige medikamenter, spredes dens glatte endoplasmatiske retikulum betydelig, og når stimulansen som genereres av stoffet avtar, fjernes det overskytende glatte endoplasmatiske retikulumet fra det cytosoliske rommet ved autofagi.

Induksjon av autofagi

En av hendelsene som oftest utløser autofagiske prosesser er sult.

Avhengig av organismen som vurderes, kan forskjellige typer essensielle næringsstoffer utløse dette "resirkuleringssystemet". I gær, for eksempel, selv om karbonmangel i visse aminosyrer og nukleinsyrer kan indusere autofagi, er nitrogenmangel den mest effektive stimulansen, som også er gyldig for planteceller.

Selv om det ikke er helt forstått, har celler spesielle "sensorer" for å bestemme når et næringsstoff eller essensiell aminosyre er i veldig lav tilstand, og dermed utløser hele resirkuleringsprosessen gjennom lysosomene.

Hos pattedyr deltar noen hormoner i reguleringen (positiv eller negativ) av autofagi i celler som tilhører visse organer, for eksempel insulin, noen vekstfaktorer eller interleukiner, etc.

typer

Det er tre hovedtyper av autofagi blant eukaryoter: makro-autofagi, mikro-autofagi og chaperon-mediert autofagi. Med mindre det er spesifisert, refererer begrepet autophagy til makroautofagi.

Selv om de tre typene autofagi er morfologisk forskjellige, ender de alle med transport av stoffer til lysosomer for nedbrytning og resirkulering.

Macroautophagy

Dette er en type autophagy som avhenger av de novo-dannelsen av fagocytiske vesikler kjent som autophagosomes. Dannelsen av disse vesiklene er uavhengig av dannelsen av membran "knopper", siden de dannes ved ekspansjon.

I gjær begynner dannelsen av autofagosomer på et bestemt sted kjent som PAS, mens hos pattedyr forekommer mange forskjellige steder i cytosol, sannsynligvis knyttet til endoplasmatisk retikulum gjennom strukturer kjent som "omegasomer".

Størrelsen på autofagosomer er svært varierende og avhenger av organismen og typen molekyl eller organelle som er fagocytosert. Det kan variere fra 0,4-0,9 mikrometer i diameter i gjær til 0,5-1,5 mikrometer hos pattedyr.

Når membranene til autofagosomet og lysosomet smelter sammen, blandes innholdet i disse, og det er når fordøyelsen av målsubstratene til autofagi begynner. Denne organellen er da kjent som autolysosomet.

For noen forfattere kan makroautofagi subklassifiseres, i sin tur, til indusert autofagi og autofagi av grunnlinjen. Indusert makroautofagi brukes til å produsere aminosyrer etter en lengre periode med sult.

Basal makroautofagi refererer til den konstitutive mekanismen (som alltid er aktiv) avgjørende for omsetningen av de forskjellige cytosoliske komponentene og intracellulære organeller.

Microautophagy

Denne typen autofagi refererer til prosessen der det cytoplasmatiske innholdet blir introdusert til lysosomet gjennom invagasjoner som oppstår i membranen til nevnte organelle.

Når de er introdusert i lysosomet, flyter vesiklene produsert av disse invaginasjonene fritt i lumen inntil de er lysert og innholdet deres blir frigjort og nedbrytet av spesifikke enzymer.

Chaperonemediert autofagi

Denne typen autofagi er bare rapportert for pattedyrceller. I motsetning til makroautofagi og mikroautofagi, der noen cytosoliske porsjoner er ikke-spesifikt fagocytosert, er autofagi mediert av chaperones ganske spesifikk, ettersom det avhenger av tilstedeværelsen av spesielle pentapeptidsekvenser i underlagene som vil bli fagocytosert.

Noen etterforskere har bestemt at dette pentapeptidmotivet er relatert til KFERQ-sekvensen og at det finnes i mer enn 30% av cytosoliske proteiner.

Det kalles “chaperon-mediert” siden chaperone-proteiner er ansvarlige for å holde dette konserverte motivet utsatt for å lette dets gjenkjennelse og forhindre at proteinet bretter seg på det.

Proteiner med denne taggen blir translokert til det lysosomale lumen og blir nedbrutt der. Mange av underlagene for nedbrytning er glykolytiske enzymer, transkripsjonsfaktorer og deres hemmere, kalsium- eller lipidbindende proteiner, proteasome underenheter og noen proteiner involvert i vesikulær handel.

I likhet med de to andre typene autofagi, er chaperonformidlet autofagi en regulert prosess på mange nivåer, fra etikettgjenkjenning til transport og nedbrytning av underlag i lysosomer.

Egenskaper

En av hovedfunksjonene i den autofagiske prosessen er fjerning av senescent eller "foreldede" organeller, som er merket av forskjellige ruter for nedbrytning i lysosomer.

Takket være observasjonen av elektronmikrografier av lysosomer i pattedyrceller, har tilstedeværelsen av peroksisomer og mitokondrier blitt påvist i dem.

I en levercelle er for eksempel gjennomsnittlig levetid for en mitokondrion 10 dager, hvoretter denne organellen blir fagocytosert av lysosomer, hvor den nedbrytes og komponentene blir resirkulert for forskjellige metabolske formål.

Under forhold med lav næringskonsentrasjon, kan celler utløse dannelse av autofagosomer til selektivt å "fange opp" deler av cytosolen, så vel som de fordøyede metabolitter i disse autofagosomer kan hjelpe celler til å overleve når ytre forhold begrenser seg fra synspunktet. fra et ernæringsmessig synspunkt.

Roller innen helse og utvikling

Autofagi har viktige funksjoner i omstillingen av celler i prosessen med differensiering, siden den deltar i kassering av cytosoliske porsjoner som ikke er nødvendige på bestemte tidspunkter.

Det har også viktige implikasjoner for cellulær helse, siden det er en del av forsvarsmekanismene mot invaderende virus og bakterier.

Yoshinori Ohsumi studier

Yoshinori Ohsumi, en nobelprisvinnende japansk forsker i fysiologi og medisin i 2016, beskrev de molekylære mekanismene for autofagi i gjær mens han studerte den metabolske skjebnen til mange proteiner og vakuolene til disse encellede organismer.

I sitt arbeid identifiserte Ohsumi ikke bare proteiner og traséer som er involvert i prosessen, men demonstrerte også hvordan autofagiveien er regulert takket være virkningen av proteiner som er i stand til å "føle" forskjellige metabolske tilstander.

Arbeidet hans begynte med presise mikroskopiske observasjoner av vakuolene under intense nedbrytningshendelser. Vakuoler anses som lagringsstedene for gjærsøppel og cellulær rusk.

Ved å observere gjær med mangelfulle mutantgenotyper for forskjellige gener relatert til eller hypotetisk relatert til autofagi (kjent som ATG-gener), kunne denne forskeren og hans samarbeidspartnere beskrive det autofagiske systemet til gjær på genetisk nivå.

Deretter bestemte denne gruppen forskere de viktigste genetiske egenskapene til proteinene som er kodet av disse genene, og ga betydelige bidrag om deres interaksjon og dannelsen av kompleksene som var ansvarlige for igangsetting og utførelse av autofagi i gjær.

Takket være arbeidet med Yoshinori Ohsumi, forstår vi i dag bedre de molekylære aspektene ved autofagi, så vel som dens viktige implikasjoner for riktig funksjon av celler og organer som utgjør oss.

referanser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (6. utg.). New York: Garland Science.
2. Klionsky, DJ, & Emr, SD (2000). Autofagi som en regulert vei for cellulær nedbrytning. Vitenskap, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autofagi: prosess og funksjon. Genes & Development, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru, & Komatsu, M. (2011). Autofagi: Renovering av celler og vev. Cell, 147, 728-741.
5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autofagi og metabolisme. Vitenskap, 330, 1344-1348.