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Autophagie

Аутофагия

Autophagie (aus dem antiken griechischen Selbst und "ist") ist ein Prozess, bei dem die inneren Komponenten einer Zelle innerhalb ihrer Lysosomen (bei Säugetieren) oder Vakuolen (Hefezellen) abgegeben und darin abgebaut werden.

Das Wort "Autophagie" bedeutet "sich selbst essen". Dies ist ein integrierter Mechanismus für das Recycling von Abfällen - unnötige Proteine, alte, abgenutzte Zellen und anderes Biomaterial, sowie Bakterien und Viren, die vom Immunsystem zerstört werden. Ohne diesen Prozess wären unsere Zellen unter einer Lawine toter Bakterien und Viren gestorben, hätten ihre Proteine ​​und getragenen Organellen verbraucht.

Arten und Mechanismen der Autophagie

Аутофагия
A: Schema der Bildung von Autophagosomen: Die isolierende Membran umgibt Zellstrukturen und bildet ein Autophagosom (AP), das mit dem Lysosom verschmilzt und ein Autolysosom (AL) bildet.
B: Elektronenmikroskopische Aufnahme von Autophagosomenstrukturen im Fettkörper von Drosophila-Larven. C: Fluoreszenzmarkierte Autophagosomen in Leberzellen einer hungernden Maus

Jetzt gibt es drei Arten von Autophagie - Mikroautophagie, Makroautophagie und Chaperon-abhängige Autophagie. In der Mikroauthophagie werden Makromoleküle und Fragmente von Zellmembranen einfach vom Lysosom eingefangen. Auf diese Weise kann die Zelle Proteine ​​verdauen, wenn Energie- oder Baumaterialmangel herrscht (zum Beispiel beim Fasten). Mikroautophagieprozesse finden jedoch unter normalen Bedingungen statt und sind im Allgemeinen nicht selektiv. Organoide werden manchmal während der Mikroautophagie verdaut; So wird die Mikroautophagie in Hefe durch Peroxisomen und partielle Mikroautophagie der Kerne beschrieben, bei denen die Zelle ihre Lebensfähigkeit behält.

In der Makroautophagie ist der Bereich des Zytoplasmas (der häufig Organellen enthält) von einem Membrankompartiment umgeben, das der Zisterne des endoplasmatischen Retikulums ähnelt. Infolgedessen ist dieser Bereich durch zwei Membranen vom übrigen Zytoplasma getrennt. Solche Zweimembran-Organellen, die die entfernten Organellen und das Zytoplasma umgeben, werden als Autophagosomen bezeichnet. Autophagosomen verbinden sich mit Lysosomen zu Autophagolysosomen, in denen die Organellen und der Rest der Autophagosomen verdaut werden.

Anscheinend ist auch die Makroautophagie unterschiedslos, obwohl oft betont wird, dass die Zelle Organismen, die ihre Zeit verbracht haben, loswerden kann (Mitochondrien, Ribosomen usw.).

Die dritte Art der Autophagie ist Chaperon-vermittelt. Bei diesem Verfahren erfolgt der gerichtete Transport von teilweise denaturierten Proteinen aus dem Zytoplasma durch die Lysosomenmembran in den Hohlraum, wo sie verdaut werden. Diese Art von Autophagie, die nur für Säugetiere beschrieben wird, wird durch Stress ausgelöst. Es tritt unter Beteiligung von cytoplasmatischen Chaperonproteinen der hsc-70-Familie, Hilfsproteinen und LAMP-2 auf, die als Membranrezeptor für den Komplex des Chaperons und des Proteins dienen, das zum Lysosom transportiert werden soll.

Bei einem autophagischen Zelltod werden alle Organellen der Zelle verdaut, wobei nur der Zellmüll von Makrophagen aufgenommen wird.

Regulierung der Autophagie

Autophagie begleitet die Vitalaktivität einer normalen Zelle unter normalen Bedingungen. Die wichtigsten Anreize zur Verbesserung der Prozesse der Autophagie in den Zellen können sein

  • Mangelernährung
  • Vorhandensein geschädigter Organellen im Zytoplasma
  • das Vorhandensein partiell denaturierter Proteine ​​und ihrer Aggregate im Zytoplasma

Neben dem Hunger kann die Autophagie durch oxidativen oder toxischen Stress ausgelöst werden.

Derzeit werden genetische Mechanismen, die die Autophagie regulieren, an Hefe detailliert untersucht. Für die Bildung von Autophagosomen ist daher die Aktivität zahlreicher Proteine ​​der Atg-Familie (mit Autophagosomen verwandte Proteine) notwendig. Homologe dieser Proteine ​​werden in Säugetieren (einschließlich Menschen) und Pflanzen gefunden.

Der Wert der Autophagie bei normalen und pathologischen Prozessen

Autophagie - eine der Möglichkeiten, Zellen von unerwünschten Organellen und den Körper von unerwünschten Zellen zu befreien.

Autophagie ist besonders wichtig im Prozess der Embryogenese mit dem sogenannten selbstprogrammierten Zelltod. Nun wird diese Variante der Autophagie häufiger als Caspase-unabhängige Apoptose bezeichnet. Wenn diese Vorgänge gestört sind und zerstörte Zellen nicht entfernt werden, wird der Embryo meistens nicht mehr lebensfähig.

Manchmal kann die Zelle aufgrund der Autophagie den Mangel an Nährstoffen und Energie ausgleichen und zum normalen Leben zurückkehren. Im Gegenteil, bei der Verstärkung der Autophagieprozesse werden die Zellen zerstört, und in vielen Fällen tritt Bindegewebe an ihre Stelle. Solche Störungen sind eine der Ursachen von Herzversagen.

Störungen des Autophagieprozesses können zu Entzündungsprozessen führen, wenn Teile der abgestorbenen Zellen nicht entfernt werden.

Eine besonders große (wenn auch nicht vollständig verstandene) Rolle bei Autophagiestörungen spielt die Entwicklung von Myopathien und neurodegenerativen Erkrankungen. Bei der Alzheimer-Krankheit zeigen die Vorgänge von Neuronen in den betroffenen Bereichen des Gehirns eine Ansammlung unreifer Autophagosomen, die nicht in den Zellkörper transportiert werden und nicht mit Lysosomen verschmelzen. Mutiertes Huntingtin und Alpha-Synuclein - Proteine, deren Anhäufung in Neuronen Huntington- und Parkinson-Krankheit verursacht - werden während der Chaperon-abhängigen Autophagie absorbiert und verdaut, und die Aktivierung dieses Prozesses verhindert die Bildung ihrer Aggregate in Neuronen.

Autophagie: für die sie den Nobelpreis für Medizin vergeben haben

Аутофагия

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 vom belgischen Biologen Christian de Duve beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mit Hilfe spezieller Organellen, die von Leyosomen genannt wurden, unnötige Substanzen "verdauen". Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Versuchen von Yoshinori Osuma klar (er arbeitet derzeit am Tokyo Institute of Technology in Yokohama). Um herauszufinden, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osuma mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess anormal war.

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 vom belgischen Biologen Christian de Duve beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mit Hilfe spezieller Organellen, die von Leyosomen genannt wurden, unnötige Substanzen "verdauen". Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Versuchen von Yoshinori Osuma klar (er arbeitet derzeit am Tokyo Institute of Technology in Yokohama). Um herauszufinden, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osuma mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess anormal war.

Die Zelle hat zwei Möglichkeiten, biologischen "Müll" zu beseitigen. Erstens können die riesigen Moleküle der Ubiquitinprotease genutzt werden, ein Enzym, das Proteine ​​in einzelne Aminosäuren zerlegen kann. Proteasen schwimmen frei im Zytoplasma. Osuma untersuchte die zweite Methode - die Aufteilung von "Müll" in den Lysosomen; es wird autophagie genannt.

Аутофагия
Der Prozess der Autophagie: Zuerst wird um das Objekt herum - Moleküle, Teile von Organellen, Organellen, Bakterien oder Viren - eine Membran gebildet. Wenn es sich schließt, transportiert das resultierende Autophagosom das Objekt zum Lysosom und verbindet sich damit zu einem Autolysosom, in dem sich das Objekt aufspaltet.

Die Autophagie wird wie folgt realisiert: Zuerst werden die zu zerstörenden Moleküle durch die Zelle isoliert (isoliert) und um sie herum eine Membran gebildet. Die resultierende Quasi-Organella mit einem darin eingeschlossenen Molekül oder sogar einer anderen Organelle wird als Autophagosom bezeichnet. Dann nähert sich das Autophagosom dem Lysosom und bildet das Autolysosom. In seinem Inneren ist ein isoliertes Objekt Hydrolasen ausgesetzt - Enzymen, die es auflösen.

Autophagie ist ein normaler Teil des Zelllebenszyklus . Es sichert das Überleben der Zellen während des Fastens, ermöglicht die Zelldifferenzierung und Wachstumskontrolle und wirkt auch an der Regulation vieler anderer Prozesse in der Zelle mit. Ein falscher Verlauf der Autophagie ist mit der Entwicklung der Parkinson-Krankheit, Typ-2-Diabetes und anderen Erkrankungen verbunden. Die praktische Anwendung der Entdeckung haben Osumi und seine Kollegen jedoch noch nicht gefunden.

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