AUTOFHAGIJA: KARAKTERISTIKE, VRSTE, FUNKCIJE, STUDIJE - BIOLOGIJA - 2026

Autophagy je unutarstanični sustav razgradnja događa tako sačuvana u liposomima svih eukariotskih stanica (i vakuole kvasaca). Riječ se općenito koristi za degradaciju komponenata citosola ili "dijelova" stanice koji su "zastarjeli" ili koji su prestali raditi ispravno.

Izraz autofagija skovao je 1963. na Sveučilištu Rockefeller de Duve, koji je također promatrao i opisao procese stanične endocitoze. Doslovno, riječ autofagija znači "konzumirati sebe", iako je neki autori opisuju kao "samokanibalizam".

Grafički prikaz makroautofagije i mikroautofagije (izvor: Cheung i Ip putem Wikimedia Commonsa)

Ovaj se sustav razlikuje od proteasom-posredovane degradacije po tome što je autofagija sposobna uklanjati kompletne unutarćelijske organele i velike proteinske komplekse ili agregate.

Usprkos ovoj neselektivnoj fagocitozi, različita su istraživanja pokazala da autofagija ima brojne fiziološke i patološke implikacije. Budući da se aktivira tijekom razdoblja prilagodbe na gladovanje, tijekom razvoja, za uklanjanje invazivnih mikroorganizama, tijekom programirane stanične smrti, za uklanjanje tumora, prezentaciju antigena itd.

karakteristike

Autofagija je, kao što se raspravljalo, proces posredovao citoplazmatskom organelom poznatom kao lizosom.

Proces "autofagije" započinje inkapsulacijom organele koja će se razgraditi dvostrukom membranom, tvoreći membrano tijelo poznato kao autofagosom. Membrana autofagosoma naknadno se stapa s lizosomskom membranom ili s kasnim endosomom.

Svaki od ovih koraka između sekvestracije, razgradnje i oslobađanja aminokiselina ili drugih komponenata za recikliranje ima različite funkcije u različitim staničnim kontekstima, što autofagiju čini visoko multifunkcionalnim sustavom.

Autofagija je prilično kontroliran proces, budući da su samo označene stanične komponente usmjerene prema tom putu razgradnje i označavanje se obično događa tijekom staničnih procesa remodeliranja.

Na primjer, kada stanica jetre uspostavi reakciju detoksikacije kao odgovor na lijekove topljive u masti, njezin se glatki endoplazmatski retikulum znatno razmnožava, a kada se stimulus generiran lijekom smanji, višak glatkog endoplazmatskog retikuluma autofagijom se uklanja iz citosolnog prostora.

Indukcija autofagije

Jedan od događaja koji najčešće pokreće autofagične procese je gladovanje.

Ovisno o organizmu o kojem se govori, različite vrste esencijalnih hranjivih sastojaka mogu pokrenuti ovaj sustav "recikliranja". Na primjer, u kvascima, iako manjak ugljika određenih aminokiselina i nukleinskih kiselina može izazvati autofagiju, nedostatak dušika je najučinkovitiji podražaj koji vrijedi i za biljne stanice.

Iako to nije u potpunosti shvaćeno, stanice imaju posebne "senzore" za određivanje kada je hranjiva ili esencijalna aminokiselina u vrlo niskom stanju i na taj način pokreću cijeli proces recikliranja kroz lizosome.

U sisavaca neki hormoni sudjeluju u regulaciji (pozitivnoj ili negativnoj) autofagije u stanicama određenih organa, poput inzulina, nekih faktora rasta ili interleukina itd.

vrste

Postoje tri glavne vrste autofagije kod eukariota: makro autofagija, mikro autofagija i autopedija posredovana kaperanom. Ako nije specificirano, pojam autofagije odnosi se na makroatafiju.

Iako su tri vrste autofagije morfološki različite, sve se završavaju u transportu tvari u lizosome radi razgradnje i recikliranja.

Macroautophagy

Ovo je vrsta autofagije koja ovisi o novonastaloj tvorbi fagocitnih vezikula poznatih kao autofagosomi. Nastanak ovih vezikula neovisan je o stvaranju membrane "pupoljaka", jer nastaju ekspanzijom.

U kvascima formiranje autofagosoma započinje na određenom mjestu poznatom kao PAS, dok se kod sisavaca pojavljuje mnogo različitih mjesta u citosolu, vjerojatno povezanih s endoplazmatskim retikulumom kroz strukture poznate kao "omegasomi".

Veličina autofagosoma vrlo je varijabilna i ovisi o organizmu i vrsti molekule ili organele koja se fagocitozira. Može varirati od promjera 0,4-0,9 µm u kvascima do 0,5-1,5 µm kod sisavaca.

Kada se membrane autofagosoma i lizosoma stapaju, njihov se sadržaj miješa i tada počinje probava ciljnih supstrata autofagije. Ova organela je tada poznata i kao autolizom.

Za neke autore makroautofagija se može podklasificirati, zauzvrat, u induciranu autofagiju i osnovnu autofagiju. Potaknuta makroautofagija koristi se za proizvodnju aminokiselina nakon dužeg razdoblja gladovanja.

Bazalna makroautofagija odnosi se na konstitutivni mehanizam (koji je uvijek aktivan) neophodan za promet različitih citosolnih komponenata i unutarćelijskih organela.

Microautophagy

Ova vrsta autofagije odnosi se na postupak u kojem se citoplazmatski sadržaj uvodi u lizosom invaginama koje se događaju u membrani spomenutog organele.

Jednom uvedeni u lizosom, vezikule nastale tim invaginacijama slobodno plutaju u lumenu sve dok se ne liziraju, a njihov sadržaj se oslobodi i razgradi specifičnim enzimima.

Autophagija posredovana chaperonom

O ovoj vrsti autofagije prijavljeno je samo za stanice sisavaca. Za razliku od makroatafije i mikroautofagije, gdje su neki citosolni dijelovi nespecifično fagocitozirani, autofagija posredovana kaperonima prilično je specifična, jer ovisi o prisutnosti određenih pentapeptidnih nizova u supstratima koji će se fagocitozirati.

Neki su istraživači utvrdili da je ovaj motiv pentapeptida povezan sa KFERQ sekvencom i da se nalazi u više od 30% citosolnih proteina.

Naziva se „chaperone-posredovanim“ pošto su proteini kapelena odgovorni za čuvanje ovog sačuvanog motiva kako bi se olakšalo njegovo prepoznavanje i sprečavalo da se protein na njemu nakuplja.

Proteini s ovom oznakom translocirani su u lizosomalni lumen i tamo se razgrađuju. Mnogi supstrati za razgradnju su glikolizni enzimi, faktori transkripcije i njihovi inhibitori, proteini koji vežu kalcij ili lipid, podjedinice proteasoma i neki proteini koji sudjeluju u vezikularnom prometu.

Kao i druge dvije vrste autofagije, autopedija posredovana kaperanom je reguliran proces na mnogim razinama, od prepoznavanja naljepnica do transporta i razgradnje supstrata unutar lizosoma.

Značajke

Jedna od glavnih funkcija autofagičnog procesa je uklanjanje starosjednih ili "stajalih" organela koje su raznim putovima označene za razgradnju unutar lizosoma.

Zahvaljujući promatranju elektronskih mikrografija lizosoma u stanicama sisavaca, otkrivena je prisutnost peroksisoma i mitohondrija.

Na primjer, u stanici jetre, prosječni životni vijek mitohondrija je 10 dana, nakon čega se ova organela fagocitozira lizosomima, gdje se razgrađuje, a njezine komponente se recikliraju u različite metaboličke svrhe.

U uvjetima niske koncentracije hranjivih tvari, stanice mogu potaknuti stvaranje autofagosoma kako bi selektivno "osvojile" dijelove citosola, kao i digestirani metaboliti u tim autofagosomima mogu pomoći stanicama da prežive kada vanjski uvjeti ograničavaju sa stajališta. s prehrambenog gledišta.

Uloge u zdravlju i razvoju

Autofagija ima važne funkcije u restrukturiranju stanica u procesu diferencijacije jer sudjeluje u odbacivanju citosolnih dijelova koji nisu potrebni u određeno vrijeme.

Također ima važne posljedice na stanično zdravlje, jer je dio obrambenih mehanizama protiv invazije virusa i bakterija.

Yoshinori Ohsumi Studije

Yoshinori Ohsumi, dobitnik Nobelove nagrade za fiziologiju i medicinu za 2016. godinu, opisao je molekularne mehanizme autofagije u kvascima dok je proučavao metaboličku sudbinu mnogih proteina i vakuole tih jednostaničnih organizama.

Ohsumi je u svom radu ne samo identificirao proteine ​​i putove koji su uključeni u proces, već je pokazao i kako se regulira autofagijski put zahvaljujući djelovanju proteina koji su u stanju "osjetiti" različita metabolička stanja.

Njegov je rad započeo preciznim mikroskopskim promatranjem vakuola tijekom intenzivnih degradacijskih događaja. Vakuole se smatraju skladištem kvasca "smeća" i staničnih otpadaka.

Promatrajući kvasce sa defektnim mutiranim genotipovima različitih gena povezanih ili hipotetski povezanih s autofagijom (poznat kao ATG geni), ovaj istraživač i njegovi suradnici bili su u mogućnosti opisati autofagični sustav kvasca na genetskoj razini.

Nakon toga, ova je skupina istraživača utvrdila glavne genetske karakteristike proteina kodiranih tim genima i dala značajan doprinos njihovoj interakciji i stvaranju kompleksa odgovornih za pokretanje i provođenje autofagije u kvascima.

Zahvaljujući radu Yoshinori Ohsumi, danas bolje razumijemo molekularne aspekte autofagije, kao i njene važne implikacije na pravilno funkcioniranje stanica i organa koji nas čine.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., i Walter, P. (2015). Molekularna biologija stanice (6. izd.). New York: Garland Science.
2. Klionsky, DJ, & Emr, SD (2000). Autofagija kao regulirani put stanične razgradnje. Znanost, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autofhagija: postupak i funkcija. Geni i razvoj, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru, & Komatsu, M. (2011). Autofhagija: Obnova stanica i tkiva. Ćelija, 147, 728-741.
5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autofagija i metabolizam. Znanost, 330, 1344-1348.