AUTOPHAGY: MGA KATANGIAN, URI, PAG-ANDAR, PAG-AARAL - BIOLOGY - 2025

Ang Autophagy ay isang intracellular degradation system na nangyayari kaya napapanatili sa mga lysosome ng lahat ng mga eukaryotic cells (at mga vacuoles yeast). Ang salita ay karaniwang ginagamit upang sumangguni sa pagkasira ng mga sangkap ng cytosol o "mga bahagi" ng cell na "lipas na" o na huminto sa pagtatrabaho nang maayos.

Ang terminong autophagy ay pinahusay noong 1963 sa Rockefeller University ni de Duve, na na-obserbahan at inilarawan ang mga proseso ng cellular endocytosis. Sa literal, ang salitang autophagy ay nangangahulugang "upang ubusin ang sarili", bagaman ang ilang mga may-akda ay naglalarawan nito bilang "sariling cannibalism".

Graphic na representasyon ng Macroautophagy at Microautophagy (Pinagmulan: Cheung at Ip sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang sistemang ito ay naiiba mula sa proteasome-mediated degradation sa autophagy na may kakayahang alisin ang kumpletong intracellular organelles at malalaking mga kumplikadong protina o pinagsama-sama nang hindi pumipili.

Sa kabila ng hindi pinipiling phagocytosis na ito, ipinakita ng iba't ibang mga pagsisiyasat na ang autophagy ay may maraming mga implikasyon sa physiological at pathological. Dahil ito ay naisaaktibo sa panahon ng pag-adapt sa gutom, sa panahon ng pag-unlad, para sa pag-aalis ng pagsalakay sa mga microorganism, sa panahon ng na-program na pagkamatay ng cell, para sa pag-aalis ng mga bukol, ang paglalahad ng antigens, atbp.

katangian

Ang Autophagy, tulad ng tinalakay, ay isang proseso na pinagsama ng isang cytoplasmic organelle na kilala bilang lysosome.

Ang proseso ng "autophagy" ay nagsisimula sa encapsulation ng organelle na mapapawi ng isang dobleng lamad, na bumubuo ng isang lamad na katawan na kilala bilang autophagosome. Ang autophagosome lamad ay magkakasunod na sumasama sa lysosomal lamad o may isang huling endosome.

Ang bawat isa sa mga hakbang na ito sa pagitan ng pagkakasunud-sunod, pagkasira at paglabas ng mga amino acid o iba pang mga sangkap para sa pag-recycle ay nagsasagawa ng iba't ibang mga pag-andar sa iba't ibang mga konteksto ng cellular, na ginagawang autophagy isang lubos na multifunctional system.

Ang Autophagy ay isang medyo kinokontrol na proseso, dahil tanging ang minarkahan na mga bahagi ng cellular ay nakadirekta patungo sa landas na ito ng marawal na kalagayan at ang pagmamarka ay karaniwang nangyayari sa mga proseso ng pag-aayos ng cellular.

Halimbawa, kapag ang isang cell ng atay ay nagtatatag ng isang tugon ng detoxification bilang tugon sa mga gamot na natutunaw sa taba, ang makinis na endoplasmic reticulum proliferates ay malaki, at kapag ang stimulus na nabuo ng gamot ay bumababa, ang labis na makinis na endoplasmic reticulum ay tinanggal mula sa cytosolic space sa pamamagitan ng autophagy.

Induction ng autophagy

Ang isa sa mga kaganapan na kadalasang nag-uudyok sa mga proseso ng autophagic ay ang gutom.

Depende sa organismo na isinasaalang-alang, ang iba't ibang uri ng mga mahahalagang sustansya ay maaaring mag-trigger sa sistemang "recycling" na ito. Sa lebadura, halimbawa, kahit na ang kakulangan ng carbon ng ilang mga amino acid at nucleic acid ay maaaring magbuod ng autophagy, ang kakulangan sa nitrogen ay ang pinaka mahusay na pampasigla, na kung saan ay may bisa din para sa mga cell ng halaman.

Bagaman hindi pa ito lubos na nauunawaan, ang mga cell ay may mga espesyal na "sensor" upang matukoy kung kailan ang isang nutrient o mahahalagang amino acid ay nasa napakababang kondisyon, at sa gayon nag-trigger ang buong proseso ng pag-recycle sa pamamagitan ng mga lysosome.

Sa mga mammal, ang ilang mga hormone ay nakikilahok sa regulasyon (positibo o negatibo) ng autophagy sa mga cell na kabilang sa ilang mga organo, tulad ng insulin, ilang mga kadahilanan ng paglago o interleukins, atbp.

Mga Uri

Mayroong tatlong pangunahing uri ng autophagy sa mga eukaryotes: macro autophagy, micro autophagy, at chaperone-mediated autophagy. Maliban kung tinukoy, ang salitang autophagy ay tumutukoy sa macro autophagy.

Bagaman ang tatlong uri ng autophagy ay magkakaiba sa morphologically, lahat sila ay nagtatapos sa transportasyon ng mga sangkap sa mga lysosome para sa pagkasira at pag-recycle.

Macroautophagy

Ito ay isang uri ng autophagy na nakasalalay sa pagbuo ng de novo ng mga phagocytic vesicle na kilala bilang autophagosomes. Ang pagbuo ng mga vesicle na ito ay malaya sa pagbuo ng "mga putot" ng lamad, dahil nabuo sila sa pamamagitan ng pagpapalawak.

Sa lebadura, ang pagbuo ng mga autophagosome ay nagsisimula sa isang partikular na site na kilala bilang ang PAS, habang sa mga mammal maraming iba't ibang mga site ang nagaganap sa cytosol, marahil na naka-link sa endoplasmic reticulum sa pamamagitan ng mga istruktura na kilala bilang "omegasomes".

Ang laki ng mga autophagosome ay lubos na nagbabago at nakasalalay sa organismo at ang uri ng molekula o organelle na phagocytosed. Maaari itong mag-iba mula sa 0.4-0.9 μm sa diameter sa lebadura hanggang sa 0.5-1.5 μm sa mga mammal.

Kapag ang mga lamad ng autophagosome at lysosome fuse, ang nilalaman ng mga ito ay halo-halong at iyon ay kapag nagsisimula ang panunaw ng mga target na substrates ng autophagy. Ang organelle na ito ay pagkatapos ay kilala bilang ang autolysosome.

Para sa ilang mga may-akda, ang macroautophagy ay maaaring mai-subclassified, sa turn, sa sapilitan autophagy at baseline autophagy. Ang sapilitan na macroautophagy ay ginagamit upang makagawa ng mga amino acid pagkatapos ng matagal na pagkagutom.

Ang basal macroautophagy ay tumutukoy sa mekanismo ng konstitusyonal (na laging aktibo) na mahalaga para sa pag-iikot ng iba't ibang mga sangkap ng cytosolic at intracellular organelles.

Microautophagy

Ang ganitong uri ng autophagy ay tumutukoy sa proseso kung saan ang nilalaman ng cytoplasmic ay ipinakilala sa lysosome sa pamamagitan ng mga invaginations na nagaganap sa lamad ng sinabi na organelle.

Sa sandaling ipinakilala sa lysosome, ang mga vesicle na ginawa ng mga invaginations na ito ay malayang lumutang sa lumen hanggang sila ay lysed at ang kanilang nilalaman ay pinakawalan at pinanghihina ng mga tiyak na mga enzymes.

Chaperone-mediated autophagy

Ang ganitong uri ng autophagy ay naiulat lamang para sa mga cell ng mammalian. Hindi tulad ng macro autophagy at micro autophagy, kung saan ang ilang mga cytosolic na bahagi ay hindi partikular na phagocytosed, ang autophagy na pinagsama ng mga chaperones ay tiyak na tiyak, dahil nakasalalay ito sa pagkakaroon ng mga partikular na pagkakasunud-sunod ng pentapeptide sa mga substrate na magiging phagocytosed.

Ang ilang mga investigator ay nagpasiya na ang pentapeptide motif na ito ay nauugnay sa pagkakasunud-sunod ng KFERQ at na ito ay matatagpuan sa higit sa 30% ng mga cytosolic protein.

Ito ay tinatawag na "chaperone-mediated" dahil ang mga protina ng chaperone ay may pananagutan sa pagpapanatiling nakalantad na ito na motibo upang mapadali ang pagkilala nito at maiwasan ang protina mula sa pagtitiklop dito.

Ang mga protina na may tag na ito ay isinalin sa lysosomal lumen at pinanghihina doon. Marami sa mga substrate para sa marawal na kalagayan ay mga glycolytic enzymes, mga salik ng transkripsyon at ang kanilang mga inhibitor, calcium- o lipid-binding protein, proteasome subunits, at ilang mga protina na kasangkot sa vesicular trafficking.

Tulad ng iba pang dalawang uri ng autophagy, ang chaperone-mediated autophagy ay isang regulated na proseso sa maraming mga antas, mula sa pagkilala sa label hanggang sa transportasyon at paghina ng mga substrate sa loob ng mga lysosome.

Mga Tampok

Ang isa sa mga pangunahing pag-andar ng proseso ng autophagic ay ang pagtanggal ng senescent o "lipas na" organelles, na kung saan ay nai-tag ng iba't ibang mga ruta para sa marawal na kalagayan sa loob ng mga lysosome.

Salamat sa pag-obserba ng mga mikropono ng elektron ng lysosomes sa mga selula ng mammalian, ang pagkakaroon ng mga peroxisome at mitochondria ay napansin sa kanila.

Sa isang selula ng atay, halimbawa, ang average na tagal ng buhay ng isang mitochondrion ay 10 araw, pagkatapos kung saan ang organelle na ito ay phagocytosed ng mga lysosome, kung saan ito ay nasiraan ng loob at ang mga sangkap nito ay na-recycle para sa iba't ibang mga layunin ng metabolic.

Sa ilalim ng mga kondisyon ng mababang konsentrasyon ng nutrisyon, ang mga cell ay maaaring mag-trigger ng pagbuo ng autophagosome upang selectively "makuha" ang mga bahagi ng cytosol, pati na rin ang mga digested na metabolites sa mga autophagosome ay makakatulong sa mga cell na mabuhay kapag ang mga panlabas na kondisyon ay naglilimita mula sa punto ng view. mula sa isang nutritional point of view.

Mga papel sa kalusugan at kaunlaran

Ang Autophagy ay may mahahalagang pag-andar sa pagsasaayos ng mga cell sa proseso ng pagkita ng kaibahan, dahil nakikilahok ito sa pagtapon ng mga bahagi ng cytosolic na hindi kinakailangan sa mga tiyak na oras.

Mayroon din itong mahahalagang implikasyon para sa kalusugan ng cellular, dahil ito ay bahagi ng mga mekanismo ng pagtatanggol laban sa pagsalakay sa mga virus at bakterya.

Mga Pag-aaral ng Yoshinori Ohsumi

Si Yoshinori Ohsumi, isang 2016 Nobel Prize na nanalong Japanese researcher sa Physiology at Medicine, ay inilarawan ang mga molekular na mekanismo ng autophagy sa lebadura habang pinag-aaralan ang metabolic kapalaran ng maraming mga protina at ang mga vacuoles ng mga single-celled na organismo.

Sa kanyang gawain, hindi lamang natukoy ng Ohsumi ang mga protina at mga landas na kasangkot sa proseso, ngunit ipinakita din kung paano naayos ang autophagy pathway salamat sa pagkilos ng mga protina na may kakayahang "sensing" iba't ibang mga metabolic na estado.

Ang kanyang trabaho ay nagsimula sa tumpak na mga obserbasyon ng mikroskopiko ng mga vacuoles sa panahon ng matinding mga kaganapan ng pagkasira. Ang mga bakuna ay itinuturing na mga site ng imbakan para sa lebadura na "basura" at mga cellular na labi.

Sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga lebadura na may depekto na genotypes ng mutant para sa iba't ibang mga gen na nauugnay o hypothetically na nauugnay sa autophagy (kilala bilang ATG gen), ang tagapagpananaliksik na ito at ang kanyang mga kasosyo ay nagawang ilarawan ang autophagic system ng lebadura sa antas ng genetic.

Kasunod nito, natukoy ng pangkat na ito ng mga mananaliksik ang pangunahing mga katangian ng genetic ng mga protina na na-encode ng mga gen na ito at gumawa ng mga makabuluhang kontribusyon tungkol sa kanilang pakikipag-ugnay at pagbuo ng mga kumplikadong responsable para sa pagsisimula at pagpapatupad ng autophagy sa lebadura.

Salamat sa gawain ng Yoshinori Ohsumi, ngayon mas mahusay nating nauunawaan ang mga molekular na aspeto ng autophagy, pati na rin ang mahahalagang implikasyon nito sa tamang paggana ng mga cell at organo na bumubuo sa amin.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molekular na Biology ng Cell (Ika-6 na ed.). New York: Garland Science.
2. Klionsky, DJ, & Emr, SD (2000). Autophagy bilang isang regulated pathway ng cellular marawal na kalagayan. Science, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autophagy: proseso at pag-andar. Mga Gen at Pag-unlad, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru, & Komatsu, M. (2011). Autophagy: Pagkukumpuni ng mga cell at tisyu. Cell, 147, 728-741.
5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autophagy at metabolismo. Science, 330, 1344-1348.