AUTOPHAGY: CIRI, JENIS, FUNGSI, KAJIAN - BIOLOGI - 2026

The Autophagy adalah sistem degradasi intrasel berlaku supaya dikekalkan dalam lysosomes semua sel-sel eukariot (dan vacuoles yis). Perkataan ini umumnya digunakan untuk merujuk kepada penurunan komponen sitosol atau "bahagian" sel yang "usang" atau yang telah berhenti berfungsi dengan baik.

Istilah autophagy diciptakan pada tahun 1963 di Rockefeller University oleh de Duve, yang juga memerhatikan dan menerangkan proses endositosis selular. Secara harfiah, kata autophagy bermaksud "memakan diri sendiri", walaupun sebilangan pengarang menggambarkannya sebagai "kanibalisme diri".

Perwakilan grafik Macroautophagy dan Microautophagy (Sumber: Cheung dan Ip melalui Wikimedia Commons)

Sistem ini berbeza dengan degradasi yang dimediasi oleh proteasome kerana autophagy mampu menghilangkan organel intraselular lengkap dan kompleks atau agregat protein besar secara tidak selektif.

Walaupun fagositosis tidak selektif ini, penyelidikan yang berbeza menunjukkan bahawa autophagy mempunyai banyak implikasi fisiologi dan patologi. Oleh kerana ia diaktifkan selama tempoh penyesuaian terhadap kelaparan, selama pengembangan, untuk penghapusan mikroorganisma yang menyerang, semasa kematian sel yang diprogramkan, untuk penghapusan tumor, penyampaian antigen, dll.

ciri

Autophagy, seperti yang dibincangkan, adalah proses yang dimediasi oleh organel sitoplasma yang dikenali sebagai lisosom.

Proses "autophagy" bermula dengan enkapsulasi organel yang akan terdegradasi oleh membran berganda, membentuk badan membran yang dikenali sebagai autophagosome. Membran autofagosom seterusnya menyatu dengan membran lisosom atau dengan endosom akhir.

Setiap langkah antara pengurutan, penurunan dan pembebasan asid amino atau komponen lain untuk kitar semula menjalankan fungsi yang berbeza dalam konteks selular yang berbeza, yang menjadikan autophagy sebagai sistem yang sangat multifungsi.

Autophagy adalah proses yang cukup terkawal, kerana hanya komponen sel yang ditandai diarahkan ke arah jalan degradasi ini dan penandaan umumnya berlaku semasa proses pembentukan semula sel.

Contohnya, apabila sel hati menetapkan tindak balas detoksifikasi sebagai tindak balas terhadap ubat larut lemak, retikulum endoplasma licinnya berkembang pesat, dan apabila rangsangan yang dihasilkan oleh ubat menurun, kelebihan retikulum endoplasma licin dikeluarkan dari ruang sitosolik oleh autophagy.

Induksi autophagy

Salah satu peristiwa yang paling sering mencetuskan proses autofagik adalah kelaparan.

Bergantung pada organisma yang dipertimbangkan, pelbagai jenis nutrien penting dapat mencetuskan sistem "kitar semula" ini. Dalam ragi, misalnya, walaupun kekurangan karbon asid amino dan asid nukleik tertentu dapat menyebabkan autophagy, kekurangan nitrogen adalah rangsangan yang paling efisien, yang juga berlaku untuk sel tumbuhan.

Walaupun belum difahami sepenuhnya, sel mempunyai "sensor" khas untuk menentukan kapan nutrien atau asid amino penting berada dalam keadaan sangat rendah, dan dengan demikian mencetuskan keseluruhan proses kitar semula melalui lisosom.

Pada mamalia, beberapa hormon mengambil bahagian dalam peraturan (positif atau negatif) autofagi pada sel yang tergolong dalam organ tertentu, seperti insulin, beberapa faktor pertumbuhan atau interleukin, dll.

Jenis-Jenis

Terdapat tiga jenis autophagy utama di antara eukariota: autophagy makro, autophagy mikro, dan autophagy yang diperantarai oleh chaperone. Kecuali dinyatakan, istilah autophagy merujuk kepada autophagy makro.

Walaupun ketiga-tiga jenis autophagy berbeza secara morfologi, semuanya berakhir dengan pengangkutan bahan ke lisosom untuk degradasi dan kitar semula.

Macroautophagy

Ini adalah jenis autophagy yang bergantung pada de novo pembentukan fagositik vesikel yang dikenali sebagai autophagosomes. Pembentukan vesikel ini tidak bergantung pada pembentukan "tunas" membran, kerana terbentuk oleh pengembangan.

Dalam ragi, pembentukan autofagosom bermula di laman web tertentu yang dikenali sebagai PAS, sementara pada mamalia banyak laman web yang berlainan terjadi di sitosol, mungkin dihubungkan dengan retikulum endoplasma melalui struktur yang dikenali sebagai "omegasomes".

Ukuran autofagosom sangat berubah-ubah dan bergantung pada organisma dan jenis molekul atau organel yang fagositosis. Ia boleh bervariasi dari diameter 0,4-0,9 μm pada ragi hingga 0,5-1,5 μm pada mamalia.

Apabila membran autofagosom dan lisosom sekering, kandungannya bercampur dan ketika pencernaan substrat sasaran autophagy bermula. Organel ini kemudian dikenali sebagai autolysosome.

Bagi sebilangan pengarang, makroautophagy dapat diklasifikasikan, pada gilirannya, menjadi autophagy dan autophagy awal. Makroautophagy yang diinduksi digunakan untuk menghasilkan asid amino setelah kelaparan yang berpanjangan.

Makroautophagy basal merujuk kepada mekanisme konstitutif (yang selalu aktif) yang penting untuk pergantian komponen sitosolik dan organel intraselular yang berbeza.

Microautophagy

Jenis autophagy ini merujuk kepada proses di mana kandungan sitoplasma diperkenalkan ke lisosom melalui invaginasi yang berlaku pada membran organel tersebut.

Setelah diperkenalkan ke dalam lisosom, vesikel yang dihasilkan oleh penyerbuan ini terapung bebas di lumen sehingga lisis dan kandungannya dilepaskan dan terdegradasi oleh enzim tertentu.

Autophagy yang diperantarai oleh Chaperone

Autophagy jenis ini hanya dilaporkan untuk sel mamalia. Tidak seperti autophagy makro dan autophagy mikro, di mana beberapa bahagian sitosolik adalah fagositosis bukan khusus, autofagi yang dimediasi oleh pendamping cukup spesifik, kerana ia bergantung kepada kehadiran urutan pentapeptida tertentu dalam substrat yang akan menjadi fagositosis.

Beberapa penyelidik telah menentukan bahawa motif pentapeptida ini berkaitan dengan urutan KFERQ dan ia terdapat dalam lebih daripada 30% protein sitosolik.

Ia disebut "chaperone-mediated" kerana protein chaperone bertanggung jawab untuk menjaga motif terpelihara ini terdedah untuk memudahkan pengecamannya dan mencegah protein melipat di atasnya.

Protein dengan tanda ini dialihkan ke lumen lisosom dan terdegradasi di sana. Sebilangan besar substrat untuk degradasi adalah enzim glikolitik, faktor transkripsi dan perencatnya, protein pengikat kalsium atau lipid, subunit proteasome, dan beberapa protein yang terlibat dengan perdagangan vesikular.

Seperti dua jenis autophagy yang lain, autophagy yang diperantarai oleh chaperone adalah proses yang terkawal pada banyak tahap, dari pengenalan label hingga pengangkutan dan degradasi substrat dalam lisosom.

ciri-ciri

Salah satu fungsi utama proses autofagik adalah penghapusan organel senescent atau "basi", yang ditandai untuk degradasi di dalam lisosom melalui pelbagai rute.

Berkat pemerhatian mikrograf elektron lisosom pada sel mamalia, kehadiran peroksisom dan mitokondria telah dikesan di dalamnya.

Dalam sel hati, misalnya, jangka hayat mitokondria rata-rata adalah 10 hari, setelah organel ini fagositosis oleh lisosom, di mana ia terdegradasi dan komponennya dikitar semula untuk tujuan metabolik yang berbeza.

Dalam keadaan kepekatan nutrien rendah, sel dapat memicu pembentukan autophagosomes untuk secara selektif "menangkap" bahagian sitosol, serta metabolit yang dicerna dalam autophagosom ini dapat membantu sel bertahan ketika keadaan luaran membatasi dari sudut dari sudut pemakanan.

Peranan dalam kesihatan dan perkembangan

Autophagy mempunyai fungsi penting dalam penyusunan semula sel dalam proses pembezaan, kerana ia mengambil bahagian dalam membuang bahagian sitosolik yang tidak diperlukan pada waktu tertentu.

Ini juga mempunyai implikasi penting untuk kesihatan sel, kerana ini adalah bagian dari mekanisme pertahanan terhadap virus dan bakteria yang menyerang.

Pengajian Yoshinori Ohsumi

Yoshinori Ohsumi, seorang penyelidik Jepun yang memenangi Hadiah Nobel dalam Fisiologi dan Perubatan, menerangkan mekanisme molekul autophagy dalam ragi ketika mengkaji nasib metabolik banyak protein dan kekosongan organisma sel tunggal ini.

Dalam karyanya, Ohsumi tidak hanya mengenal pasti protein dan jalur yang terlibat dalam proses itu, tetapi juga menunjukkan bagaimana jalan autofaginya diatur berkat tindakan protein yang mampu "merasakan" keadaan metabolik yang berbeza.

Karyanya dimulakan dengan pemerhatian mikroskopik tepat mengenai vakuola semasa kejadian degradasi yang sengit. Vacuoles dianggap sebagai tempat penyimpanan ragi "sampah" dan serpihan selular.

Dengan memerhatikan ragi dengan genotip mutan yang cacat untuk gen yang berbeza yang berkaitan atau hipotetis yang berkaitan dengan autophagy (dikenali sebagai gen ATG), penyelidik ini dan rakannya dapat menerangkan sistem ragi autofagik pada tahap genetik.

Selepas itu, kumpulan penyelidik ini menentukan ciri genetik utama protein yang dikodkan oleh gen ini dan memberikan sumbangan yang besar mengenai interaksi mereka dan pembentukan kompleks yang bertanggungjawab untuk permulaan dan pelaksanaan autophagy dalam ragi.

Berkat karya Yoshinori Ohsumi, hari ini kita lebih memahami aspek molekul autophagy, serta implikasi pentingnya dalam fungsi sel dan organ yang betul yang membentuk kita.

Rujukan

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Biologi Molekul Sel (edisi ke-6). New York: Sains Garland.
2. Klionsky, DJ, & Emr, SD (2000). Autophagy sebagai jalan pengatur degradasi sel. Sains, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autophagy: proses dan fungsi. Gen & Perkembangan, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru, & Komatsu, M. (2011). Autophagy: Pengubahsuaian sel dan tisu. Sel, 147, 728-741.
5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autophagy dan metabolisme. Sains, 330, 1344-1348.