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Autophagie

Аутофагия

Autophagie (von anderen griechisch-auto-selbst und "ist") ist ein Prozess, bei dem interne Komponenten einer Zelle innerhalb seiner Lysosomen (in Säugetieren) oder Vakuolen (Hefezellen) abgegeben und in ihnen abgebaut werden.

Das Wort "Autophagie" bedeutet "sich selbst essen". Dies ist ein integrierter Mechanismus zur Abfallentsorgung - unnötige Proteine, alte, verbrauchte Zellen und andere Abfallbiomaterialien sowie vom Immunsystem zerstörte Bakterien und Viren. Ohne diesen Prozess wären unsere Zellen unter einer Lawine von toten Bakterien und Viren gestorben, die ihre Proteine ​​und abgenutzten Organellen bearbeitet hatten.

Arten und Mechanismen der Autophagie

Аутофагия
A: Autophagosom-Formationsmuster: Eine isolierende Membran umgibt die zellulären Strukturen und erzeugt ein Autophagosom (AP), das mit dem Lysosom verschmilzt und Autolysosom (AL) erzeugt.
F: Elektronenmikroskopische Aufnahme von Autophagosomenstrukturen im Fettkörper der Drosophila-Larve. C: Markiert durch die Fluoreszenzmarkierung des Autophagosom in den Leberzellen einer Fastenmaus

Jetzt werden drei Arten von Autophagie unterschieden: Mikroautophagie, Makroautophagie und Chaperon-abhängige Autophagie. In der Mikroautophagie werden Makromoleküle und Fragmente von Zellmembranen einfach durch das Lysosom eingefangen. Auf diese Weise kann die Zelle Proteine ​​verdauen, wenn Energie oder Baumaterial fehlt (zum Beispiel während des Hungers). Aber die Prozesse der Mikroautophagie finden unter normalen Bedingungen statt und sind im Allgemeinen nicht-selektiv. Manchmal werden Organoide während der Mikroautophagie verdaut; So werden in Hefe Mikroautophagie mit Peroxisomen und partieller Mikroautophagie von Kernen beschrieben, in denen die Zelle lebensfähig bleibt.

In der Makroautophagie ist die zytoplasmatische Stelle (die oft einige Organoide enthält) von einem Membrankompartiment umgeben, ähnlich der Zisterne des endoplasmatischen Retikulums. Infolgedessen ist diese Region durch zwei Membranen vom Rest des Zytoplasmas getrennt. Solche Zweimembranorganellen, die die entfernten Organellen und das Zytoplasma umgeben, werden Autophagosomen genannt. Autophagosomen verbinden sich mit Lysosomen und bilden Autophagolysome, in denen Organellen und der Rest des Inhalts von Autophagosomen verdaut werden.

Anscheinend ist die Makroautophagie ebenfalls wahllos, obwohl oft betont wird, dass die Zelle mit Hilfe dieser Zelle "Organellen, die ihrer Zeit gedient haben" (Mitochondrien, Ribosomen usw.) loswerden kann.

Die dritte Art der Autophagie ist Chaperon-vermittelt. Bei dieser Methode werden teilweise denaturierte Proteine ​​vom Zytoplasma durch die Lysosomenmembran in den Hohlraum transportiert, wo sie verdaut werden. Diese Art von Autophagie, die nur für Säugetiere beschrieben wird, wird durch Stress induziert. Es kommt unter Beteiligung von zytoplasmatischen Chaperon-Proteinen der hsc-70-Familie, akzessorischen Proteinen und LAMP-2 vor, die als Membranrezeptor des Chaperon-Komplexes dient und das Protein zum Lysosom transportiert.

Bei der autophagischen Art des Zelltods werden alle Zellorganellen verdaut, wobei nur Zelltrümmer zurückbleiben, die von Makrophagen absorbiert werden.

Regulation der Autophagie

Autophagie begleitet die lebenswichtige Aktivität jeder normalen Zelle unter normalen Bedingungen. Die Hauptanreize zur Stärkung der Autophagieprozesse in Zellen können sein

  • Mangel an Nährstoffen
  • Vorhandensein von beschädigten Organellen im Zytoplasma
  • Vorhandensein von teilweise denaturierten Proteinen und deren Aggregaten im Zytoplasma

Zusätzlich zum Hungern kann Autophagie durch oxidativen oder toxischen Stress induziert werden.

Gegenwärtig werden genetische Mechanismen, die die Autophagie regulieren, detailliert durch Hefe untersucht. Die Bildung von Autophagosomen erfordert daher die Aktivität zahlreicher Proteine ​​der Atg-Familie (Autophagosom-verwandte Proteine). Homologe dieser Proteine ​​finden sich in Säugetieren (einschließlich Menschen) und Pflanzen.

Die Bedeutung der Autophagie für normale und pathologische Prozesse

Autophagy - eine der Möglichkeiten, um Zellen von unnötigen Organellen, sowie den Körper von unnötigen Zellen loszuwerden.

Besonders wichtig ist die Autophagie im Prozess der Embryogenese mit dem sogenannten selbst programmierten Zelltod. Jetzt wird diese Variante der Autophagie häufiger als Caspase-unabhängige Apoptose bezeichnet. Wenn diese Prozesse verletzt werden und die zerstörten Zellen nicht entfernt werden, wird der Embryo meistens nicht lebensfähig

Manchmal kann die Zelle aufgrund von Autophagie den Mangel an Nährstoffen und Energie auffüllen und zu normalem Funktionieren zurückkehren. Im Gegenteil, im Falle der Intensivierung der Autophagieprozesse werden die Zellen zerstört, und ihr Platz wird in vielen Fällen durch Bindegewebe eingenommen. Solche Verletzungen sind eine der Ursachen für Herzversagen.

Verletzungen im Prozess der Autophagie können zu entzündlichen Prozessen führen, wenn Teile der toten Zellen nicht entfernt werden.

Eine besonders große (wenn auch nicht vollständig verständliche) Rolle von Autophagie-Störungen spielt in der Entwicklung von Myopathien und neurodegenerativen Erkrankungen eine Rolle. So wird bei der Alzheimer-Krankheit in den Prozessen der Nervenzellen der betroffenen Hirnareale eine Akkumulation von unreifen Autophagosomen beobachtet, die nicht in den Körper der Zelle transportiert werden und nicht mit Lysosomen verschmelzen. Mutiertes Hantingtin und Alpha-Sinuklein sind Proteine, deren Akkumulation in Neuronen die Huntington-Krankheit bzw. die Parkinson-Krankheit verursacht - sie werden in Chaperon-abhängiger Autophagie absorbiert und verdaut, und die Aktivierung dieses Prozesses verhindert die Bildung ihrer Aggregate in Neuronen.

Autophagie, für die sie den Nobelpreis für Medizin verliehen haben

Аутофагия

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 von einem belgischen Biologen, Christian de Duve, beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mithilfe spezieller Organellen, die von Duve Lysosomen genannt wurden, "verdauen". Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Experimenten von Yoshinori Osumi (zur Zeit arbeitet er am Tokyo Institute of Technology in Yokohama) klar. Um herauszufinden, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osume mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess mit einer Abweichung von der Norm ablief.

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 von einem belgischen Biologen, Christian de Duve, beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mithilfe spezieller Organellen, die von Duve Lysosomen genannt wurden, "verdauen". Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Experimenten von Yoshinori Osumi (zur Zeit arbeitet er am Tokyo Institute of Technology in Yokohama) klar. Um herauszufinden, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osume mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess mit einer Abweichung von der Norm ablief.

Die Zelle hat zwei Möglichkeiten, biologischen "Müll" loszuwerden. Erstens kann es die riesigen Moleküle der Ubiquitin-Protease nutzen, ein Enzym, das Proteine ​​in einzelne Aminosäuren zerlegen kann. Proteasen schwimmen frei im Zytoplasma. Osumah untersuchte die zweite Methode - Spaltung von "Müll" in Lysosomen; es heißt Autophagie.

Аутофагия
Der Prozess der Autophagie: zuerst um das Objekt - Moleküle, Teile der Organelle, Organellen, Bakterien oder Viren, wird eine Membran gebildet. Wenn es schließt, transportiert das gebildete Autophagosom das Objekt zum Lysosom und integriert sich damit in das Autolysosom, wo die Spaltung des Objekts stattfindet.

Die Autophagie wird wie folgt realisiert: Zunächst sequestriert die Zelle die zu zerstörenden Moleküle, isoliert die Membran um sie herum. Die resultierende Quasi-Organelle mit einem Molekül oder sogar einer anderen darin eingeschlossenen Organelle wird Autophagosom genannt. Dann nähert sich das Autophagosom dem Lysosom und bildet ein Autolysosom. Im Inneren wird ein isoliertes Objekt Hydrolasen ausgesetzt, Enzyme, die es auflösen.

Autophagie ist ein normaler Teil des Lebenszyklus der Zelle. Es sichert das Überleben der Zellen während des Hungerns, ermöglicht Zelldifferenzierung und Wachstumskontrolle und beteiligt sich auch an der Regulierung vieler anderer Prozesse in der Zelle. Falsches Austreten von Autophagie ist mit der Entwicklung von Parkinson-Krankheit, Typ-2-Diabetes und anderen Krankheiten verbunden. Die praktische Anwendung der Entdeckung von Osumi und seinen Kollegen wurde jedoch noch nicht gefunden.

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