AUTOPHAGY: מאפיינים, סוגים, פונקציות, מחקרים - ביולוגיה - 2025

Autophagy היא מערכת שפלה תאית כך מתרחשת נשמרת lysosomes של כל התאים איקריוטיים (ושמרים וקואולות). בדרך כלל משתמשים במילה כדי להתייחס להשפלת רכיבי הציטוזול או ל"חלקים "של התא שהם" מיושנים "או שהפסיקו לעבוד כראוי.

המונח אוטופאגיה נטבע בשנת 1963 באוניברסיטת רוקפלר על ידי דה דובה, שגם צפה ותיאר את תהליכי האנדוציטוזה התאית. פשוטו כמשמעו, המילה אוטופגיה פירושה "לצרוך את עצמך", אם כי יש מחברים שמתארים זאת כ"קניבליזם עצמי ".

ייצוג גרפי של מקרואופטופגיה ומיקרואוטופגיה (מקור: Cheung ו- Ip באמצעות ויקימדיה Commons)

מערכת זו נבדלת משפילה בתיווך פרוטאום בכך שאוטופאגיה מסוגלת להסיר אברונים תוך תאיים מלאים ומתחמי חלבון גדולים או אגרגטים באופן לא סלקטיבי.

למרות פגוציטוזיס לא-סלקטיבית זו, מחקרים שונים הראו כי לאוטופגיה השלכות פיזיולוגיות ופתולוגיות רבות. מכיוון שהוא מופעל בתקופות של הסתגלות לרעב, במהלך התפתחות, למיגור מיקרואורגניזמים פולשים, במהלך מוות תאים מתוכנת, לחיסול גידולים, הצגת אנטיגנים וכו '.

מאפיינים

Autophagy, כפי שנדון, הוא תהליך המתווך על ידי אורגנל ציטופלסמי המכונה הליזוזום.

תהליך ה"אוטופאגיה "מתחיל במעטפת האורגנל שתושפל על ידי קרום כפול ויוצר גוף ממברני המכונה האוטופגוזום. לאחר מכן הממברנה האוטופגוזומית מתמזגת עם הממברנה הליזוזומלית או עם אנדוזום מאוחר.

כל אחד מהצעדים הללו בין רצף, השפלה ושחרור של חומצות אמינו או רכיבים אחרים למיחזור מפעיל פונקציות שונות בהקשרים סלולריים שונים, מה שהופך אוטופאגיה למערכת רב-פונקציונלית ביותר.

Autophagy הוא תהליך מבוקר למדי, מכיוון שרק הרכיבים הסלולריים המסומנים מופנים למסלול השפלה זה והסימון מתרחש בדרך כלל בתהליכי שיפוץ סלולרי.

לדוגמא, כאשר תא כבד מייצר תגובת ניקוי רעלים כתגובה לתרופות המסיסות בשומן, הרטיקול האנדופלמסטי החלק שלה מתפשט במידה ניכרת, וכאשר הגירוי הנוצר על ידי התרופה פוחת, עודף הרקמה האנדופלמטית החלקה מוחלשת מהמרחב הציטוזולי על ידי אוטופגיה.

אינדוקציה של אוטופאגיה

אחד האירועים המניעים את התהליכים האוטופאגיים לרוב הוא רעב.

בהתאם לאורגניזם הנבדק, סוגים שונים של חומרים מזינים חיוניים יכולים להפעיל מערכת "מיחזור" זו. למשל בשמרים, למרות שמחסור בפחמן של חומצות אמינו מסוימות וחומצות גרעין יכול לגרום לאוטופאגיה, חסר החנקן הוא הגירוי היעיל ביותר, אשר תקף גם לתאי צמחים.

למרות שלא הובנה במלואה, לתאים יש "חיישנים" מיוחדים לקביעת מתי חומר מזין או חומצה אמינית חיונית במצב נמוך מאוד, וכך מפעילים את כל תהליך המיחזור דרך הליזוזומים.

אצל יונקים הורמונים מסוימים משתתפים בוויסות (חיובי או שלילי) של אוטופאגיה בתאים השייכים לאיברים מסוימים, כמו אינסולין, כמה גורמי גדילה או אינטרלוקינים וכו '.

סוגים

ישנם שלושה סוגים עיקריים של autophagy בקרב eukaryotes: autophagy מאקרו, מיקרו autophagy, and autaphag בתיווך צ'פרון. אלא אם צוין, המונח אוטופאגיה מתייחס לאוטופגיה מאקרו.

למרות שלושת סוגי האוטופאגיה שונים זה מזה מבחינה מורפולוגית, כולם מסתיימים בהובלת חומרים לליזוזומים לפירוק ומיחזור.

מקרואופתיה

זהו סוג של אוטופגיה שתלויה בהיווצרות דה נובו של שלפוחית ​​פגוציטית המכונה אוטופגוזומים. היווצרות שלפוחית ​​זו אינה תלויה בהיווצרות "ניצנים" הממברניים, מכיוון שהם נוצרים על ידי התרחבות.

בשמרים, היווצרות אוטופגוזומים מתחילה באתר מסוים המכונה PAS, ואילו אצל יונקים אתרים רבים ושונים מתרחשים בציטוזול, ככל הנראה מקושרים לתכנית הרשת האנדופלסמית דרך מבנים המכונים "אומגזומים".

גודל האוטופגוזומים משתנה מאוד ותלוי באורגניזם ובסוג המולקולה או האברון שנמצא בפגוציטוזה. זה יכול להשתנות בין 0.4-0.9 מיקרומטר בקוטר בשמרים ל- 0.5-1.5 מיקרומטר ביונקים.

כאשר הממברנות של האוטופגוזום והליזוזום נתיכים, התוכן של אלה מעורבב וזה מתחיל כאשר מתחיל עיכול מצעי היעד של האוטופגיה. אורגנל זה מכונה אז האוטוליסוזום.

עבור חלק מהמחברים ניתן לבצע סיווג של מקרו-אוטופאגיה, בתורם, לאוטופאגיה המושרה ולאוטופאגיה של קו הבסיס. מקרו-אוטופגיה המושרה משמשת לייצור חומצות אמינו לאחר תקופה ממושכת של רעב.

מקרו-אוטופאגיה בזלית מתייחסת למנגנון המכונן (שהוא תמיד פעיל) החיוני למחזור המרכיבים הציטוזוליים השונים והאברונים התוך תאיים.

מיקרו-אפילופיה

סוג זה של אוטופאגיה מתייחס לתהליך בו מכניסים את התוכן הציטופלזמתי לליזוזום דרך פלישות המתרחשות בקרום האיבר האמור.

לאחר הכניסה לליזוזום, שלפוחיות המיוצרות על ידי פליטות אלה צפות בחופשיות בלומן עד שהם מופרדים ותוכנם משתחרר ומושפל על ידי אנזימים מסוימים.

אוטופאגיה בתיווך צ'פרון

סוג זה של אוטופאגיה דווח רק על תאי יונקים. בניגוד לאוטופאגיה מאקרו ואוטופאגיה של מיקרו, כאשר חלקים ציטוזוליים מסוימים הם לא מוגדרים בצורה ספציפית, האוטופגיה המתווכת על ידי צ'פרונים היא די ספציפית, מכיוון שהיא תלויה בנוכחות רצפי pentapeptide מסוימים במצעים שיהיו phagocytosed.

כמה חוקרים קבעו כי מוטיב הפנטפפטיד הזה קשור לרצף ה- KFERQ וכי הוא נמצא ביותר מ- 30% מהחלבונים הציטוזוליים.

זה נקרא "מתווך צ'פרון" מכיוון שחלבוני צ'פרון אחראים לשמירה על המוטיב השמור הזה כדי להקל על זיהויו ולמנוע את החלבון להתקפל עליו.

חלבונים עם תג זה מועברים ל לומן הליזוזומלי והם מושבעים שם. רבים מהמצעים לפירוק הם אנזימים גליקוליטיים, גורמי שעתוק ומעכביהם, חלבונים הקשורים לסידן או ליפידים, יחידות תת פרוטאזום, וחלק מהחלבונים העוסקים בסחר שלפוחית.

בדומה לשני הסוגים האחרים של אוטופאגיה, אוטופגיה בתיווך צ'פרון היא תהליך מוסדר ברמות רבות, החל מהכרת תווית ועד הובלה והשפלת מצעים בתוך הליזוזומים.

מאפיינים

אחד התפקידים העיקריים של התהליך האוטופגי הוא הסרת אברונים סהרוניים או "מיושנים", המתויגים על פי דרכים שונות להשפלות בתוך הליזוזומים.

הודות לתצפית במיקרוגרפי אלקטרונים של ליזוזומים בתאי יונקים, התגלתה בהם נוכחות של פרוקסיסומים ומיטוכונדריה.

בתא כבד, למשל, אורך החיים הממוצע של מיטוכונדריון הוא 10 ימים, לאחר מכן אורגנל זה מוקרם על ידי ליזוזומים, שם הוא מושפל ומרכיביו ממוחזרים למטרות מטבוליות שונות.

בתנאים של ריכוז תזונתי נמוך, התאים יכולים לעורר היווצרות אוטופגוזומים כדי "ללכוד" חלקים של הציטוזול באופן סלקטיבי, כמו גם המטבוליטים המעוכלים באוטופגוזומים אלה יכולים לעזור לתאים לשרוד כאשר תנאים חיצוניים מגבילים מנקודת המבט. מבחינה תזונתית.

תפקידי בריאות ופיתוח

לאוטופגיה יש תפקידים חשובים בארגון מחדש של תאים בתהליך הבידול, מכיוון שהיא משתתפת בהשלכת חלקים ציטוזוליים שאינם נדרשים בזמנים ספציפיים.

יש לו השלכות חשובות גם על בריאות התא, מכיוון שהוא חלק ממנגנוני ההגנה מפני פולשים לנגיפים וחיידקים.

לימודי יושינורי אושומי

יושינורי אושומי, חוקר יפני זוכה פרס נובל לשנת 2016 בפיזיולוגיה ורפואה, תיאר את המנגנונים המולקולריים של אוטופאגיה בשמרים תוך חקר הגורל המטבולי של חלבונים רבים והוווואולים של אותם אורגניזמים חד-תאיים.

בעבודתו, אושומי לא רק זיהה את החלבונים והמסלולים המעורבים בתהליך, אלא גם הדגים כיצד מוסדרים מסלולי האוטופגיה בזכות פעולתם של חלבונים המסוגלים "לחוש" מצבים מטבוליים שונים.

עבודתו החלה בתצפיות מיקרוסקופיות מדויקות על הוואווולים במהלך אירועי השפלה עזים. וואקואולים נחשבים לאתרי האחסון ל"זבל "ושברים סלולריים.

על ידי התבוננות בשמרים עם גנוטיפים מוטנטיים לקויים לגנים שונים הקשורים או קשורים להיפותטית לאוטופגיה (המכונה גנים ATG), הצליחו חוקר זה ומשתפי הפעולה שלו לתאר את המערכת האוטופגית של שמרים ברמה הגנטית.

בהמשך, קבוצת חוקרים זו קבעה את המאפיינים הגנטיים העיקריים של החלבונים המקודדים על ידי גנים אלה ותרמה תרומה משמעותית ביחס לאינטראקציה שלהם ולהיווצרות המתחמים האחראיים להתחלת וביצוע האוטופאגיה בשמרים.

בזכות עבודתו של יושינורי אושומי, היום אנו מבינים טוב יותר את ההיבטים המולקולריים של אוטופאגיה, כמו גם את השלכותיה החשובות על תפקודם הנכון של התאים והאיברים המרכיבים אותנו.

הפניות

1. אלברטס, ב., ג'ונסון, א., לואיס, ג'יי, מורגן, ד., רף, מ., רוברטס, ק., וולטר, פ. (2015). ביולוגיה מולקולרית של התא (מהדורה 6). ניו יורק: גרלנד מדע.
2. Klionsky, DJ, & Emr, SD (2000). Autophagy כמסלול מוסדר של השפלה סלולרית. מדע, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autophagy: תהליך ותפקוד. גנים ופיתוח, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru, & Komatsu, M. (2011). Autophagy: שיפוץ תאים ורקמות. תא, 147, 728-741.
5. רבינוביץ, ג'יי.די, ולייט, א '(2010). אוטופגיה ומטבוליזם. מדע, 330, 1344-1348.