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Autophagie

Аутофагия

Autophagie (vom antiken griechischen Selbst und „Ist“) ist der Prozess, durch den die inneren Bestandteile einer Zelle in ihre Lysosomen (bei Säugetieren) oder Vakuolen (Hefezellen) transportiert und dort 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 würden unsere Zellen unter einer Lawine toter Bakterien und Viren sterben, ihre Proteine ​​und abgenutzten Organellen verbrauchen.

Arten und Mechanismen der Autophagie

Аутофагия
A: Schema der Autophagosomenbildung: Die Isoliermembran umgibt die 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 bei Energie- oder Baumaterialmangel (z. B. beim Fasten) Proteine ​​verdauen. Aber Mikroautophagieprozesse finden unter normalen Bedingungen statt und sind im Allgemeinen nicht selektiv. Manchmal werden Organoide während der Mikroautophagie verdaut. So wird in Hefen die Mikroautophagie durch Peroxisom und partielle Mikroautophagie des Zellkerns beschrieben, in dem die Zelle lebensfähig bleibt.

In der Makroautophagie ist der Bereich des Zytoplasmas (der häufig Organellen enthält) von einem Membrankompartiment umgeben, ähnlich der Zisterne des endoplasmatischen Retikulums. Infolgedessen ist dieser Bereich durch zwei Membranen vom Rest des Zytoplasmas getrennt. Solche Zweimembranorganellen, die die entfernten Organellen und das Zytoplasma umgeben, werden als Autophagosomen bezeichnet. Autophagosomen binden an Lysosomen und bilden Autophagolysosomen, in denen die Organellen und der Rest der Autophagosomen verdaut werden.

Offensichtlich ist auch die Makroautophagie wahllos, obwohl oft betont wird, dass die Zelle mit ihrer Hilfe Organismen (Mitochondrien, Ribosomen usw.) entfernen kann, die ihrer Zeit gedient haben.

Die dritte Art der Autophagie ist die Chaperon-vermittelte. Bei diesem Verfahren findet ein gerichteter Transport von teilweise denaturierten Proteinen aus dem Zytoplasma durch die Lysosomenmembran in dessen Hohlraum statt, wo sie verdaut werden. Diese Art der Autophagie, die nur für Säugetiere beschrieben wird, wird durch Stress hervorgerufen. Es kommt unter Beteiligung von cytoplasmatischen Chaperon-Proteinen der hsc-70-Familie, Hilfsproteinen und LAMP-2 vor, das als Membranrezeptor für den Komplex aus Chaperon und Protein dient, der zum Lysosom transportiert werden soll.

Bei einem autophagischen Zelltod werden alle Organellen der Zelle verdaut, wobei nur die Zelltrümmer von den Makrophagen absorbiert werden.

Regulation der Autophagie

Autophagie begleitet die Vitalaktivität jeder normalen Zelle unter normalen Bedingungen. Die Hauptanreize, um die Prozesse der Autophagie in Zellen zu verbessern, können sein

  • Mangelernährung
  • Vorhandensein von geschädigten Organellen im Zytoplasma
  • das Vorhandensein von teilweise denaturierten Proteinen und ihren Aggregaten im Zytoplasma

Zusätzlich zum Hunger kann die Autophagie durch oxidativen oder toxischen Stress ausgelöst werden.

Derzeit wird die genetische Mechanismen, die die Autophagie regulieren, detailliert untersucht. Für die Bildung von Autophagosomen ist daher die Aktivität zahlreicher Proteine ​​der Atg-Familie (autophagosomenverwandte Proteine) erforderlich. Homologe dieser Proteine ​​sind in Säugetieren (einschließlich Menschen) und Pflanzen zu finden.

Der Wert der Autophagie bei normalen und pathologischen Prozessen

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

Besonders wichtig ist die Autophagie im Prozess der Embryogenese, mit dem sogenannten selbstprogrammierten Zelltod. Diese Variante der Autophagie wird nun häufiger als Caspase-unabhängige Apoptose bezeichnet. Wenn diese Prozesse gestört werden und zerstörte Zellen nicht entfernt werden, wird der Embryo am häufigsten unrentabel.

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

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

Eine besonders große (wenn auch nicht vollständig geklärte) Rolle bei Erkrankungen der Autophagie spielt die Entwicklung von Myopathien und neurodegenerativen Erkrankungen. So zeigen bei der Alzheimer-Krankheit die Prozesse der Neuronen in den betroffenen Bereichen des Gehirns eine Anhäufung von unreifen Autophagosomen, die nicht zum Zellkörper transportiert werden und nicht mit den Lysosomen verschmelzen. Die Mutanten Huntingtin und Alpha-Synuclein - Proteine, deren Anreicherung in Neuronen die Huntington-Krankheit bzw. die Parkinson-Krankheit verursacht - werden während der chaperonabhängigen 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

Аутофагия

Zum ersten Mal wurde dieser Prozess 1963 von einem belgischen Biologen, Christian de Duve, beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mithilfe spezieller Organellen, die De Duve Lysosomen nannte, unnötige Substanzen „verdauen“. Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Experimenten von Yoshinori Osuma deutlich (derzeit arbeitet er am Tokyo Institute of Technology in Yokohama). Um festzustellen, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osuma mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess abnormal war.

Zum ersten Mal wurde dieser Prozess 1963 von einem belgischen Biologen, Christian de Duve, beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mithilfe spezieller Organellen, die De Duve Lysosomen nannte, unnötige Substanzen „verdauen“. Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Experimenten von Yoshinori Osuma deutlich (derzeit arbeitet er am Tokyo Institute of Technology in Yokohama). Um festzustellen, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osuma mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess abnormal war.

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 aufspalten kann. Proteasen schwimmen frei im Zytoplasma. Osuma untersuchte die zweite Methode - die Aufspaltung von "Müll" in den Lysosomen; es heißt Autophagie.

Аутофагия
Der Prozess der Autophagie: Zuerst wird um das Objekt - 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 mit ihm zum Autolysosom, wo sich das Objekt aufspaltet.

Die Autophagie wird wie folgt realisiert: Zuerst filtern die Zellen die zu zerstörenden Moleküle (isolieren sie) und bilden eine Membran um sie herum. Die resultierende Quasi-Organelle 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. Im 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 ist auch an der Regulation vieler anderer Prozesse in der Zelle beteiligt. Ein unsachgemäßer Verlauf der Autophagie ist mit der Entwicklung von Parkinson, Typ-2-Diabetes und anderen Krankheiten verbunden. Die praktische Anwendung der Entdeckung haben Osumi und seine Kollegen jedoch noch nicht gefunden.

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