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Autophagie

Аутофагия

Autophagie (von anderen griechischen Autosom und "ist") ist ein Prozess, bei dem die inneren Komponenten einer Zelle in ihre Lysosomen (bei Säugetieren) oder Vakuolen (Hefezellen) abgegeben werden und dort abgebaut werden.

Das Wort "Autophagie" selbst bedeutet "sich selbst essen". Dies ist ein eingebauter Mechanismus für die Entsorgung von Abfällen - unnötige Proteine, alte, abgenutzte Zellen und anderes verbrauchtes Biomaterial sowie vom Immunsystem zerstörte Bakterien und Viren. Ohne diesen Prozess würden unsere Zellen unter der Lawine toter Bakterien und Viren sterben, ihre Proteine ​​und abgenutzten Organellen verbrauchen.

Arten und Mechanismen der Autophagie

Аутофагия
A: Autophagosomenbildungsmuster: Eine isolierende Membran umgibt die Zellstrukturen und erzeugt ein Autophagosom (AP), das mit dem Lysosom fusioniert und ein Autolysosom (AL) erzeugt.
B: Elektronenmikroskopische Aufnahme autophagosomaler Strukturen im Fettkörper einer Drosophila-Larve. C: Fluoreszenzmarkierte Autophagosomen in hungernden Mausleberzellen

Es werden nun drei Arten von Autophagie unterschieden: Mikroautophagie, Makroautophagie und Chaperon-abhängige Autophagie. Bei der Mikroautophagie werden Makromoleküle und Fragmente von Zellmembranen einfach vom Lysosom eingefangen. Auf diese Weise kann die Zelle Proteine ​​mit einem Mangel an Energie oder Baumaterial verdauen (zum Beispiel während des Hungers). Mikroautophagieprozesse treten jedoch unter normalen Bedingungen auf und sind im Allgemeinen nicht selektiv. Manchmal werden während der Mikroautophagie auch Organoide verdaut; Somit wird die Mikroautophagie von Peroxisomen und die partielle Mikroautophagie von Kernen, in denen die Zelle lebensfähig bleibt, in Hefe beschrieben.

Bei der Makroautophagie ist ein Teil des Zytoplasmas (der häufig Organoide enthält) von einem Membrankompartiment umgeben, das einer Zisterne des endoplasmatischen Retikulums ähnelt. Infolgedessen ist diese Stelle durch zwei Membranen vom Rest des Zytoplasmas getrennt. Solche Doppelmembranorganellen, die die entfernten Organellen und das Zytoplasma umgeben, werden Autophagosomen genannt. Autophagosomen binden an Lysosomen, um Autophagolysosomen zu bilden, in denen Organellen und der Rest des Inhalts von Autophagosomen verdaut werden.

Offensichtlich ist die Makroautophagie auch wahllos, obwohl oft betont wird, dass die Zelle mit ihrer Hilfe "veraltete" Organoide (Mitochondrien, Ribosomen usw.) entfernen kann.

Die dritte Art der Autophagie ist Chaperon-vermittelt. Bei diesem Verfahren findet ein gerichteter Transport von teilweise denaturierten Proteinen vom Zytoplasma durch die Lysosomenmembran zu ihrem Hohlraum statt, wo sie verdaut werden. Diese Art der Autophagie, die nur für Säugetiere beschrieben wird, wird durch Stress induziert. Es tritt unter Beteiligung von cytoplasmatischen Chaperonproteinen der hsc-70-Familie, Hilfsproteinen und LAMP-2 auf, das als Membranrezeptor für den Komplex von Chaperon und Protein dient, der zum Lysosom transportiert werden soll.

Bei der autophagischen Art des Zelltods werden alle Organellen der Zelle verdaut, wobei nur die von Makrophagen absorbierten Zelltrümmer zurückbleiben.

Autophagie-Regulierung

Autophagie begleitet die Vitalaktivität einer normalen Zelle unter normalen Bedingungen. Die Hauptstimuli zur Verbesserung der Autophagieprozesse in Zellen können dienen

  • Nährstoffmangel
  • das Vorhandensein geschädigter Organellen im Zytoplasma
  • das Vorhandensein von teilweise denaturierenden Proteinen und ihren Aggregaten im Zytoplasma

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

Derzeit werden die genetischen Mechanismen der Autophagie an Hefen eingehend untersucht. Die Bildung von Autophagosomen erfordert daher die Aktivität zahlreicher Proteine ​​der Atg-Familie (Autophagosomen-verwandte Proteine). Homologe dieser Proteine ​​wurden in Säugetieren (einschließlich Menschen) und Pflanzen gefunden.

Die Bedeutung der Autophagie bei normalen und pathologischen Prozessen

Autophagie ist eine der Möglichkeiten, Zellen aus unnötigen Organellen sowie den Körper aus unnötigen Zellen zu entfernen.

Autophagie ist besonders wichtig im Prozess der Embryogenese, mit dem sogenannten selbstprogrammierten Zelltod. Jetzt wird diese Variante der Autophagie häufiger als Caspase-unabhängige Apoptose bezeichnet. Wenn diese Prozesse gestört werden und die zerstörten Zellen nicht entfernt werden, wird der Embryo meistens 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 von Autophagieprozessen werden 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 toter Zellen nicht entfernt werden.

Eine besonders große (wenn auch nicht vollständig verstandene) Rolle von Autophagie-Erkrankungen spielt bei der Entwicklung von Myopathien und neurodegenerativen Erkrankungen eine Rolle. So wird bei der Alzheimer-Krankheit in den Prozessen der Neuronen der betroffenen Bereiche des Gehirns eine Ansammlung unreifer Autophagosomen beobachtet, die nicht zum Zellkörper transportiert werden und nicht mit Lysosomen verschmelzen. Mutantes Huntingtin und Alpha-Synuclein - Proteine, deren Akkumulation in Neuronen die Huntington-Krankheit bzw. die Parkinson-Krankheit verursacht - werden durch Chaperon-abhängige Autophagie absorbiert und verdaut, und die Aktivierung dieses Prozesses verhindert die Bildung ihrer Aggregate in Neuronen.

Autophagie: Warum sie den Nobelpreis für Medizin verliehen haben

Аутофагия

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 vom 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 (er arbeitet derzeit am Tokyo Institute of Technology in Yokohama) klar. Um festzustellen, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osuma mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess mit einer Abweichung von der Norm ablief.

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 vom 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 (er arbeitet derzeit am Tokyo Institute of Technology in Yokohama) klar. Um festzustellen, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osuma mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess mit einer Abweichung von der Norm ablief.

Es gibt zwei Möglichkeiten für eine Zelle, biologischen „Müll“ loszuwerden. Erstens kann sie die riesigen Moleküle der Ubiquitin-Protease nutzen, ein Enzym, das Proteine ​​in einzelne Aminosäuren zerlegen kann. Proteasen schweben frei im Zytoplasma. Osuma untersuchte die zweite Methode - die Spaltung von "Müll" in Lysosomen; es heißt Autophagie.

Аутофагия
Autophagieprozess: Zuerst um das Objekt herum - Moleküle, Teile einer Organelle, Organelle, Bakterium oder Virus, bildet sich eine Membran. Wenn es sich schließt, transportiert das gebildete Autophagosom das Objekt zum Lysosom und verbindet sich mit ihm zum Autolysosom, wo das Objekt gespalten wird.

Die Autophagie wird wie folgt implementiert: Zuerst sequestriert (isoliert) die Zelle die zu zerstörenden Moleküle, indem sie eine Membran um sie herum aufbaut. 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 ein Autolysosom. Im Inneren ist ein isoliertes Objekt Hydrolasen ausgesetzt - Enzymen, die es auflösen.

Autophagie ist ein normaler Teil des Lebenszyklus der Zelle. Es sichert das Überleben der Zellen während des Hungerns, ermöglicht die Zelldifferenzierung und Wachstumskontrolle und ist auch an der Regulation vieler anderer Prozesse in der Zelle beteiligt. Eine unsachgemäße Autophagie ist mit der Entwicklung von Parkinson, 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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