Autophagie: Erneuerung von Zellen und Geweben

Autophagie: Erneuerung von Zellen und Geweben

Autophagie ist das wichtigste intrazellulĂ€re Abbausystem, durch das zytoplasmatische Materialien an das Lysosom abgegeben und dort abgebaut werden. 

Der Zweck der Autophagie ist jedoch nicht die einfache Beseitigung von Materialien, sondern die Autophagie dient als dynamisches Recyclingsystem, das neue Bausteine ​​und Energie fĂŒr die Zellerneuerung und Homöostase erzeugt. 

Hier geben wir einen multidisziplinĂ€ren Überblick ĂŒber unser derzeitiges VerstĂ€ndnis der Rolle der Autophagie bei der metabolischen Anpassung, der intrazellulĂ€ren QualitĂ€tskontrolle und der Erneuerung wĂ€hrend der Entwicklung und Differenzierung. 

Wir untersuchen auch, wie neuere Mausmodelle in Kombination mit Fortschritten in der Humangenetik wichtige Erkenntnisse darĂŒber liefern, wie die BeeintrĂ€chtigung oder Aktivierung der Autophagie zur Pathogenese verschiedener Krankheiten beitrĂ€gt.

Abbildung 1 – Verschiedene Arten der Autophagie – Quelle: https://marlin-prod.literatumonline.com/

Warum ist eine Autophagie nötig?

Alle lebenden Organismen werden stĂ€ndig erneuert. Beim Menschen werden Zellen und intrazellulĂ€re Komponenten stĂ€ndig umgebaut und recycelt. Dies dient zum Teil dazu, alte Komponenten durch frische, qualitativ bessere zu ersetzen. Wenn jedoch Komponenten durch andere Typen ersetzt werden, ergibt sich eine NettoverĂ€nderung des Charakters. 

Eine solche „zellulĂ€re Erneuerung“ erfordert die Synthese neuer Komponenten, aber auch den Abbau bereits vorhandener Materialien, die als Bausteine ​​dienen können.Eukaryontische Zellen haben zwei Hauptabbausysteme, das Lysosom und das Proteasom. Der proteasomale Abbau weist eine hohe SelektivitĂ€t auf; Das Proteasom erkennt im Allgemeinen nur ubiquitinierte Substrate, bei denen es sich hauptsĂ€chlich um kurzlebige Proteine ​​handelt. Im Gegensatz dazu folgt der Abbau im Lysosom nicht einem so einfachen Muster. 

ExtrazellulĂ€res Material und Plasmamembranproteine ​​können zum Abbau ĂŒber den endozytischen Weg an Lysosomen abgegeben werden. DarĂŒber hinaus können zytosolische Komponenten und Organellen auch durch Autophagie an das Lysosom abgegeben werden.

Das Lysosom wird oft als “zellulĂ€re MĂŒlltonne” beschrieben, und seine positiveren Rollen bei der Zellerneuerung, insbesondere bei der Autophagie, wurden nicht gut gewĂŒrdigt. In den 1990er Jahren identifizierten genetische Studien an Hefen eine Reihe von autophagiebezogenen ( ATG ) Genen (Klionsky et al., 2003Nakatogawa et al., 2009). Die Ergebnisse dieser Studien haben unser VerstĂ€ndnis des Mechanismus und der Funktion der Autophagie erheblich verbessert. 

Insbesondere Analysen von Organismen mit Autophagiedefekt haben zahlreiche physiologische und pathologische Rollen der Autophagie sowohl auf zellulĂ€rer als auch auf Ebene des gesamten Organismus gezeigt. In diesem Aufsatz fassen wir das aktuelle Wissen ĂŒber Autophagie zusammen und diskutieren die multidisziplinĂ€re Funktion der Autophagie bei der Renovierung der Zelle und des Organismus.

Mechanismen der Autophagie

Autophagie ist ein Oberbegriff fĂŒr alle Wege, ĂŒber die zytoplasmatische Materialien in tierischen Zellen an das Lysosom oder in Pflanzen- und Hefezellen an die Vakuole abgegeben werden. 

Es gibt ungefĂ€hr drei Klassen von Autophagie (Abbildung 1): Makroautophagie, Mikroautophagie und Chaperon-vermittelte Autophagie. Bei der Makroautophagie wird das intermediĂ€re Organellen-Autophagosom verwendet. 

Eine Isolationsmembran (auch Phagophor genannt) bindet einen kleinen Teil des Zytoplasmas, einschließlich löslicher Materialien und Organellen, um das Autophagosom zu bilden. Das Autophagosom verschmilzt mit dem Lysosom, um ein Autolysosom zu werden und die darin enthaltenen Materialien abzubauen. Autophagosomen können vor der Fusion mit Lysosomen mit Endosomen fusionieren.

Bei der Mikroautophagie verschlingt das Lysosom selbst kleine Bestandteile des Zytoplasmas durch innere Invagination der Lysosomenmembran ( Abbildung 1 ). 

Die Membrandynamik wĂ€hrend der Mikroautophagie kann der des endosomalen Sortierkomplexes, der fĂŒr die Transport (ESCRT) -abhĂ€ngige Bildung des multivesikulĂ€ren Körpers (MVB) im spĂ€ten Endosom erforderlich ist, sehr Ă€hnlich oder identisch sein. 

TatsĂ€chlich werden wĂ€hrend der MVB-Bildung sowohl in großen Mengen als auch selektiv signifikante Mengen an cytosolischen Proteinen in das endosomale Lumen eingebaut (Sahu et al., 2011).Die dritte Art der Autophagie ist die Chaperon-vermittelte Autophagie. 

Diese Klasse beinhaltet keine Membranreorganisation; Stattdessen translozieren Substratproteine ​​wĂ€hrend der Chaperon-vermittelten Autophagie direkt ĂŒber die Lysosomenmembran (Abbildung 1). 

Das Chaperonprotein Hsc70 (Hitzeschock cognate 70) und Cochaperone erkennen spezifisch cytosolische Proteine, die ein KFERQ-Ă€hnliches Pentapeptid enthalten (Orenstein und Cuervo, 2010). 

Das Transmembranprotein Lamp-2A, eine Isoform von Lamp-2, wirkt als Rezeptor auf dem Lysosom, und ungefaltete Proteine ​​werden ĂŒber einen multimeren Translokationskomplex in das lysosomale Lumen abgegeben.

Es wird angenommen, dass die Makroautophagie die Hauptart der Autophagie ist, und sie wurde im Vergleich zur Mikroautophagie und der Chaperon-vermittelten Autophagie am ausfĂŒhrlichsten untersucht. Daher bezeichnen wir hier die Makroautophagie einfach als “Autophagie”.

Empfohlene Artikel