ลักษณะ AUTOPHAGY ประเภทหน้าที่การศึกษา - ชีววิทยา

Autophagyเป็นระบบการย่อยสลายเซลล์เกิดการเก็บรักษาไว้ใน lysosomes ของเซลล์ยูคาริโอทั้งหมด (และยีสต์ vacuoles) คำนี้มักใช้เพื่ออ้างถึงการย่อยสลายของส่วนประกอบของไซโตซอลหรือ "ชิ้นส่วน" ของเซลล์ที่ "ล้าสมัย" หรือหยุดทำงานอย่างถูกต้อง

คำว่า autophagy ได้รับการประกาศเกียรติคุณในปีพ. ศ. 2506 ที่ Rockefeller University โดย de Duve ซึ่งเป็นผู้สังเกตและอธิบายกระบวนการของ endocytosis ของเซลล์ แท้จริงแล้วคำว่า autophagy หมายถึง "การบริโภคตัวเอง" แม้ว่าผู้เขียนบางคนจะอธิบายว่าเป็น "self cannibalism" ก็ตาม

การแสดงภาพกราฟิกของ Macroautophagy และ Microautophagy (ที่มา: Cheung และ Ip ผ่าน Wikimedia Commons)

ระบบนี้แตกต่างจากการย่อยสลายที่เป็นสื่อกลางของโปรตีเอโซมตรงที่ออโตฟาจีสามารถกำจัดออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ที่สมบูรณ์และโปรตีนเชิงซ้อนขนาดใหญ่หรือรวมกันแบบไม่เลือกได้

แม้จะมี phagocytosis แบบไม่ได้เลือก แต่การตรวจสอบที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นว่า autophagy มีผลกระทบทางสรีรวิทยาและพยาธิวิทยามากมาย เนื่องจากมันถูกเปิดใช้งานในช่วงเวลาของการปรับตัวให้เข้ากับความอดอยากในระหว่างการพัฒนาเพื่อกำจัดจุลินทรีย์ที่บุกรุกในระหว่างการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้เพื่อกำจัดเนื้องอกการนำเสนอแอนติเจน ฯลฯ

ลักษณะเฉพาะ

Autophagy ตามที่กล่าวไว้เป็นกระบวนการไกล่เกลี่ยโดยออร์แกเนลล์ไซโตพลาสซึมที่เรียกว่าไลโซโซม

กระบวนการ "autophagy" เริ่มต้นด้วยการห่อหุ้มออร์แกเนลล์ที่จะถูกย่อยสลายด้วยเมมเบรนสองชั้นจนกลายเป็นเนื้อเยื่อที่เรียกว่าออโตฟาโกโซม ต่อมาเยื่อหุ้มเซลล์ออโตฟาโกโซมจะหลอมรวมกับเยื่อไลโซโซมหรือกับเอนโดโซมส่วนปลาย

แต่ละขั้นตอนเหล่านี้ระหว่างการกักเก็บการย่อยสลายและการปลดปล่อยกรดอะมิโนหรือส่วนประกอบอื่น ๆ สำหรับการรีไซเคิลมีหน้าที่แตกต่างกันในบริบทของเซลล์ที่แตกต่างกันซึ่งทำให้ autophagy เป็นระบบมัลติฟังก์ชั่นสูง

Autophagy เป็นกระบวนการที่มีการควบคุมอย่างเป็นธรรมเนื่องจากมีเพียงส่วนประกอบของเซลล์ที่ทำเครื่องหมายเท่านั้นที่ถูกนำไปสู่เส้นทางการย่อยสลายนี้และโดยทั่วไปแล้วการทำเครื่องหมายจะเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนแปลงเซลล์

ตัวอย่างเช่นเมื่อเซลล์ตับสร้างการตอบสนองต่อการล้างพิษเพื่อตอบสนองต่อยาที่ละลายในไขมันเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกแบบเรียบของมันจะเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างมากและเมื่อสิ่งกระตุ้นที่สร้างขึ้นโดยยาลดลงเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกที่เรียบส่วนเกินจะถูกกำจัดออกจากช่องไซโตโซลิกโดยการ autophagy

การชักนำให้เกิด autophagy

หนึ่งในเหตุการณ์ที่มักกระตุ้นให้เกิดกระบวนการ autophagic คือความอดอยาก

สารอาหารที่จำเป็นประเภทต่างๆสามารถกระตุ้นระบบ "รีไซเคิล" นี้ได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่พิจารณา ตัวอย่างเช่นในยีสต์แม้ว่าการขาดคาร์บอนของกรดอะมิโนและกรดนิวคลีอิกบางชนิดจะทำให้เกิด autophagy ได้ แต่การขาดไนโตรเจนเป็นสิ่งกระตุ้นที่มีประสิทธิภาพสูงสุดซึ่งใช้ได้กับเซลล์พืชเช่นกัน

แม้ว่าจะยังไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่เซลล์ก็มี "เซ็นเซอร์" พิเศษเพื่อตรวจสอบว่าเมื่อใดที่สารอาหารหรือกรดอะมิโนจำเป็นอยู่ในสภาพที่ต่ำมากและทำให้เกิดกระบวนการรีไซเคิลทั้งหมดผ่านไลโซโซม

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมฮอร์โมนบางชนิดมีส่วนร่วมในการควบคุม (บวกหรือลบ) ของ autophagy ในเซลล์ที่เป็นของอวัยวะบางอย่างเช่นอินซูลินปัจจัยการเจริญเติบโตหรืออินเตอร์ลิวคินเป็นต้น

ประเภท

autophagy มีสามประเภทหลัก ๆ ในหมู่ยูคาริโอต: มาโครออโตฟาจี, ไมโครออโตเฟเชียลและออโตฟาจีที่เป็นสื่อกลาง เว้นแต่จะระบุไว้คำว่า autophagy หมายถึง macro autophagy

แม้ว่า autophagy ทั้งสามประเภทจะมีความแตกต่างกันทางสัณฐานวิทยา แต่ก็จบลงด้วยการขนส่งสารไปยังไลโซโซมเพื่อย่อยสลายและรีไซเคิล

Macroautophagy

นี่คือ autophagy ประเภทหนึ่งที่ขึ้นอยู่กับการสร้าง de novo ของ phagocytic vesicles ที่เรียกว่า autophagosomes การก่อตัวของถุงเหล่านี้ไม่ขึ้นกับการสร้างเมมเบรน "ตา" เนื่องจากเกิดจากการขยายตัว

ในยีสต์การก่อตัวของออโตฟาโกโซมเริ่มต้นที่ไซต์เฉพาะที่เรียกว่า PAS ในขณะที่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีไซต์ต่างๆจำนวนมากเกิดขึ้นในไซโตซอลซึ่งอาจเชื่อมโยงกับเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกผ่านโครงสร้างที่เรียกว่า "โอเมกาโซม"

ขนาดของออโตฟาโกโซมมีความผันแปรสูงและขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตและชนิดของโมเลกุลหรือออร์แกเนลล์ที่เป็น phagocytosed ยีสต์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0.4-0.9 ไมโครเมตรในยีสต์จนถึง 0.5-1.5 μmในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

เมื่อเมมเบรนของออโตเฟโกโซมและไลโซโซมฟิวส์เนื้อหาของพวกเขาผสมกันและจากนั้นการย่อยของพื้นผิวเป้าหมายของออโตฟาจี้จะเริ่มขึ้น ออร์แกเนลล์นี้เรียกว่า autolysosome

สำหรับผู้เขียนบางคน macroautophagy สามารถแบ่งย่อยได้ในทางกลับกันเป็นการกระตุ้นให้เกิด autophagy และ autophagy พื้นฐาน macroautophagy ที่เหนี่ยวนำใช้ในการผลิตกรดอะมิโนหลังจากอดอาหารเป็นเวลานาน

พื้นฐาน macroautophagy หมายถึงกลไกที่เป็นส่วนประกอบ (ซึ่งทำงานอยู่ตลอดเวลา) ที่จำเป็นสำหรับการหมุนเวียนของส่วนประกอบไซโตโซลิกที่แตกต่างกันและออร์แกเนลล์ภายในเซลล์

Microautophagy

autophagy ประเภทนี้หมายถึงกระบวนการที่เนื้อหาของไซโตพลาสซึมถูกนำไปใช้กับไลโซโซมผ่านการรุกรานที่เกิดขึ้นในเมมเบรนของออร์แกเนลล์ดังกล่าว

เมื่อนำเข้าสู่ไลโซโซมแล้วถุงที่เกิดจากการรุกรานเหล่านี้จะลอยได้อย่างอิสระในลูเมนจนกว่าพวกมันจะถูกไลเซดและเนื้อหาของมันจะถูกปลดปล่อยและย่อยสลายโดยเอนไซม์เฉพาะ

autophagy ที่เป็นสื่อกลางของ Chaperone

มีการรายงาน autophagy ประเภทนี้สำหรับเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจาก macro autophagy และ micro autophagy ซึ่งบางส่วนของ cytosolic ไม่ใช่ phagocytosed โดยเฉพาะ autophagy ที่เป็นสื่อกลางโดย chaperones นั้นค่อนข้างเฉพาะเจาะจงเนื่องจากขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของลำดับ pentapeptide โดยเฉพาะในพื้นผิวที่จะถูก phagocytosed

นักวิจัยบางคนระบุว่าแม่ลายเพนทาเปปไทด์นี้เกี่ยวข้องกับลำดับ KFERQ และพบในโปรตีนไซโตโซลิกมากกว่า 30%

เรียกว่า "chaperone-mediated" เนื่องจากโปรตีน chaperone มีหน้าที่ในการรักษาแม่ลายที่อนุรักษ์ไว้นี้เพื่ออำนวยความสะดวกในการรับรู้และป้องกันไม่ให้โปรตีนพับติดกับมัน

โปรตีนที่มีแท็กนี้จะถูกเปลี่ยนตำแหน่งเป็นไลโซโซมลูเมนและถูกย่อยสลายที่นั่น สารตั้งต้นสำหรับการย่อยสลายหลายชนิด ได้แก่ เอนไซม์ไกลโคไลติกปัจจัยการถอดความและสารยับยั้งโปรตีนที่จับกับแคลเซียมหรือไขมันหน่วยย่อยของโปรตีเอโซมและโปรตีนบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับการค้าถุง

เช่นเดียวกับ autophagy อีกสองประเภท autophagy ที่เป็นสื่อกลางของ chaperone เป็นกระบวนการที่มีการควบคุมในหลายระดับตั้งแต่การจดจำฉลากไปจนถึงการขนส่งและการย่อยสลายของพื้นผิวภายในไลโซโซม

คุณสมบัติ

หนึ่งในหน้าที่หลักของกระบวนการ autophagic คือการกำจัดออร์แกเนลล์ที่ชราภาพหรือ "ล้าสมัย" ซึ่งติดแท็กตามเส้นทางต่างๆสำหรับการย่อยสลายภายในไลโซโซม

ด้วยการสังเกตบอร์ดอิเล็กตรอนของไลโซโซมในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทำให้พบว่ามีเปอร์ออกซิโซมและไมโทคอนเดรียอยู่ในนั้น

ตัวอย่างเช่นในเซลล์ตับอายุขัยเฉลี่ยของไมโทคอนดริออนคือ 10 วันหลังจากนั้นออร์แกเนลล์นี้จะถูกไลโซโซมปิดกั้นซึ่งจะถูกย่อยสลายและส่วนประกอบของมันจะถูกรีไซเคิลเพื่อวัตถุประสงค์ในการเผาผลาญที่แตกต่างกัน

ภายใต้สภาวะที่มีความเข้มข้นของสารอาหารต่ำเซลล์สามารถกระตุ้นการสร้างออโตฟาโกโซมเพื่อ "จับ" ส่วนของไซโตซอลที่เลือกได้เช่นเดียวกับเมตาบอไลต์ที่ย่อยแล้วในออโตฟาโกโซมเหล่านี้สามารถช่วยให้เซลล์อยู่รอดได้เมื่อสภาวะภายนอกถูก จำกัด จากจุด จากมุมมองทางโภชนาการ

บทบาทต่อสุขภาพและการพัฒนา

Autophagy มีหน้าที่สำคัญในการปรับโครงสร้างของเซลล์ในกระบวนการสร้างความแตกต่างเนื่องจากมีส่วนร่วมในการทิ้งส่วนไซโตโซลิกที่ไม่จำเป็นในช่วงเวลาที่กำหนด

นอกจากนี้ยังมีผลกระทบที่สำคัญต่อสุขภาพของเซลล์เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการป้องกันไวรัสและแบคทีเรียที่รุกราน

Yoshinori Ohsumi ศึกษา

Yoshinori Ohsumi นักวิจัยชาวญี่ปุ่นที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ประจำปี 2559 ได้อธิบายกลไกระดับโมเลกุลของ autophagy ในยีสต์ในขณะที่ศึกษาชะตากรรมการเผาผลาญของโปรตีนหลายชนิดและ vacuoles ของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเหล่านี้

ในงานของเขา Ohsumi ไม่เพียง แต่ระบุโปรตีนและทางเดินที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้เท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นว่าวิถีการทำงานของ autophagy ได้รับการควบคุมอย่างไรด้วยการทำงานของโปรตีนที่สามารถ "ตรวจจับ" สถานะการเผาผลาญที่แตกต่างกัน

งานของเขาเริ่มต้นด้วยการสังเกตแวคิวโอลด้วยกล้องจุลทรรศน์อย่างแม่นยำในช่วงเหตุการณ์การย่อยสลายที่รุนแรง Vacuoles ถือเป็นสถานที่เก็บ "ขยะ" ของยีสต์และเศษเซลล์

จากการสังเกตยีสต์ที่มีจีโนไทป์กลายพันธุ์ที่มีข้อบกพร่องสำหรับยีนที่แตกต่างกันที่เกี่ยวข้องหรือเกี่ยวข้องกับการเกิด autophagy (เรียกว่ายีน ATG) นักวิจัยและผู้ทำงานร่วมกันของเขาสามารถอธิบายระบบ autophagic ของยีสต์ในระดับพันธุกรรมได้

ต่อจากนั้นนักวิจัยกลุ่มนี้ได้กำหนดลักษณะทางพันธุกรรมหลักของโปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนเหล่านี้และมีส่วนร่วมอย่างมีนัยสำคัญเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์และการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ที่รับผิดชอบในการเริ่มต้นและการทำงานของ autophagy ในยีสต์

ด้วยผลงานของ Yoshinori Ohsumi วันนี้เราเข้าใจแง่มุมระดับโมเลกุลของ autophagy มากขึ้นรวมถึงผลกระทบที่สำคัญในการทำงานที่ถูกต้องของเซลล์และอวัยวะที่ประกอบกันขึ้น

อ้างอิง

Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , Morgan, D. , Raff, M. , Roberts, K. , & Walter, P. (2015). อณูชีววิทยาของเซลล์ (6th ed.). นิวยอร์ก: วิทยาศาสตร์การ์แลนด์.
Klionsky, DJ, & Emr, SD (2000) Autophagy เป็นเส้นทางควบคุมของการย่อยสลายของเซลล์ วิทยาศาสตร์, 290, 1717-1721.
มิสึชิมะ, N. (2007). Autophagy: กระบวนการและหน้าที่ ยีนและการพัฒนา, 21, 2861–2873
Mizushima, Noboru, & Komatsu, M. (2011). Autophagy: การปรับปรุงเซลล์และเนื้อเยื่อ เซลล์, 147, 728-741
Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). autophagy และการเผาผลาญ วิทยาศาสตร์, 330, 1344-1348.

ลักษณะ AUTOPHAGY ประเภทหน้าที่การศึกษา - ชีววิทยา - 2026