AUTOPHAGY: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, CHỨC NĂNG, NGHIÊN CỨU - SINH HỌC - 2026

Các Autophagy là một hệ thống suy thoái tế bào xảy ra nên bảo quản trong lysosome của tất cả các tế bào nhân chuẩn (và không bào nấm men). Từ này thường được sử dụng để chỉ sự suy thoái của các thành phần của tế bào hoặc các "bộ phận" của tế bào đã "lỗi thời" hoặc đã ngừng hoạt động bình thường.

Thuật ngữ autophagy được đặt ra vào năm 1963 tại Đại học Rockefeller bởi de Duve, người cũng đã quan sát và mô tả các quá trình của quá trình sinh nội bào của tế bào. Theo nghĩa đen, từ autophagy có nghĩa là "tự tiêu thụ chính mình", mặc dù một số tác giả mô tả nó là "tự ăn thịt người".

Biểu diễn đồ họa của Macroautophagy và Microautophagy (Nguồn: Cheung và Ip qua Wikimedia Commons)

Hệ thống này khác với sự suy thoái qua trung gian proteasome ở chỗ autophagy có khả năng loại bỏ các bào quan nội bào hoàn chỉnh và các phức hợp protein lớn hoặc tập hợp không chọn lọc.

Bất chấp hiện tượng thực bào không chọn lọc này, các nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng autophagy có nhiều ý nghĩa sinh lý và bệnh lý. Vì nó được kích hoạt trong các giai đoạn thích ứng với đói, trong quá trình phát triển, để loại bỏ các vi sinh vật xâm nhập, trong quá trình chết tế bào theo chương trình, để loại bỏ khối u, trình bày kháng nguyên, v.v.

nét đặc trưng

Autophagy, như đã thảo luận, là một quá trình được trung gian bởi một bào quan tế bào chất được gọi là lysosome.

Quá trình “autophagy” bắt đầu với sự bao bọc của bào quan sẽ bị phân hủy bởi một màng kép, tạo thành một cơ thể màng được gọi là autophagosome. Màng autophagosome sau đó hợp nhất với màng lysosome hoặc với endosome muộn.

Mỗi bước trong số này giữa quá trình cô lập, phân hủy và giải phóng axit amin hoặc các thành phần khác để tái chế có các chức năng khác nhau trong các bối cảnh tế bào khác nhau, điều này làm cho autophagy trở thành một hệ thống đa chức năng cao.

Autophagy là một quá trình được kiểm soát khá chặt chẽ, vì chỉ các thành phần tế bào được đánh dấu mới hướng tới con đường suy thoái này và việc đánh dấu thường xảy ra trong quá trình tu sửa tế bào.

Ví dụ, khi tế bào gan thiết lập phản ứng giải độc để đáp ứng với thuốc tan trong chất béo, mạng nội chất trơn của nó tăng sinh đáng kể, và khi kích thích do thuốc tạo ra giảm, lưới nội chất trơn dư thừa sẽ bị loại bỏ khỏi không gian tế bào bằng cách tự thực.

Cảm ứng autophagy

Một trong những sự kiện thường gây ra các quá trình tự thực là nạn đói.

Tùy thuộc vào sinh vật được xem xét, các loại chất dinh dưỡng thiết yếu khác nhau có thể kích hoạt hệ thống "tái chế" này. Ví dụ, ở nấm men, mặc dù sự thiếu hụt cacbon của một số axit amin và axit nucleic có thể gây ra hiện tượng tự sinh, nhưng sự thiếu hụt nitơ là tác nhân kích thích hiệu quả nhất, cũng có giá trị đối với tế bào thực vật.

Mặc dù chưa được hiểu đầy đủ, các tế bào có các "cảm biến" đặc biệt để xác định khi nào một chất dinh dưỡng hoặc axit amin thiết yếu ở trong tình trạng rất thấp, và do đó kích hoạt toàn bộ quá trình tái chế thông qua lysosome.

Ở động vật có vú, một số hormone tham gia vào quá trình điều hòa (tích cực hoặc tiêu cực) của quá trình tự chết trong các tế bào thuộc một số cơ quan, chẳng hạn như insulin, một số yếu tố tăng trưởng hoặc interleukin, v.v.

Các loại

Có ba loại tự động chết chính giữa các sinh vật nhân chuẩn: tự động tự sướng vĩ mô, tự động hoán vị vi mô và tự động hoán vị qua trung gian chaperone. Trừ khi được chỉ định, thuật ngữ autophagy đề cập đến macro autophagy.

Mặc dù ba loại autophagy khác nhau về mặt hình thái, chúng đều kết thúc bằng việc vận chuyển các chất đến lysosome để phân hủy và tái chế.

Macroautophagy

Đây là một kiểu tự thực hiện phụ thuộc vào sự hình thành de novo của các túi thực bào được gọi là thực quản. Sự hình thành các túi này độc lập với sự hình thành các “chồi” màng, vì chúng được hình thành do sự giãn nở.

Ở nấm men, sự hình thành thực quản bắt đầu từ một vị trí cụ thể được gọi là PAS, trong khi ở động vật có vú, nhiều vị trí khác nhau xảy ra trong tế bào, có thể được liên kết với lưới nội chất thông qua các cấu trúc được gọi là "omegasomes".

Kích thước của thực bào rất thay đổi và phụ thuộc vào sinh vật và loại phân tử hoặc bào quan được thực bào. Nó có thể thay đổi đường kính từ 0,4-0,9 μm ở nấm men đến 0,5-1,5 μm ở động vật có vú.

Khi các màng của autophagosome và lysosome hợp nhất, nội dung của chúng sẽ trộn lẫn và đó là lúc quá trình tiêu hóa các cơ chất đích của autophagy bắt đầu. Bào quan này sau đó được gọi là autolysosome.

Đối với một số tác giả, macroautophagy có thể được phân loại lần lượt thành autophagy cảm ứng và autophagy cơ bản. Macroautophagy cảm ứng được sử dụng để tạo ra các axit amin sau một thời gian đói kéo dài.

Basal macroautophagy đề cập đến cơ chế cấu tạo (luôn hoạt động) cần thiết cho sự luân chuyển của các thành phần tế bào khác nhau và các bào quan nội bào.

Microautophagy

Loại autophagy này đề cập đến quá trình trong đó thành phần tế bào chất được đưa vào lysosome thông qua sự xâm nhập xảy ra trong màng của bào quan nói trên.

Sau khi được đưa vào lysosome, các mụn nước được tạo ra bởi sự xâm nhập này trôi nổi tự do trong lòng cho đến khi chúng bị ly giải và nội dung của chúng được giải phóng và phân hủy bởi các enzym cụ thể.

Autohagy qua trung gian chaperone

Loại autophagy này chỉ được báo cáo đối với tế bào động vật có vú. Không giống như autophagy vĩ mô và micro autophagy, trong đó một số phần tế bào được thực bào không đặc hiệu, autophagy qua trung gian chaperones là khá đặc hiệu, vì nó phụ thuộc vào sự hiện diện của các chuỗi pentapeptide cụ thể trong chất nền sẽ bị thực bào.

Một số nhà nghiên cứu đã xác định rằng mô-típ pentapeptide này có liên quan đến trình tự KFERQ và nó được tìm thấy trong hơn 30% protein tế bào.

Nó được gọi là "chaperone qua trung gian" vì các protein chaperone chịu trách nhiệm giữ cho mô được bảo tồn này tiếp xúc để tạo điều kiện nhận biết và ngăn không cho protein gấp lại trên đó.

Protein có thẻ này được chuyển vị trí vào lòng lysosome và bị phân hủy ở đó. Nhiều cơ chất để phân hủy là các enzym đường phân, các yếu tố phiên mã và chất ức chế của chúng, các protein liên kết với canxi hoặc lipid, các tiểu đơn vị proteasome và một số protein liên quan đến quá trình vận chuyển mụn nước.

Giống như hai loại autophagy khác, autophagy qua trung gian chaperone là một quá trình được điều chỉnh ở nhiều cấp độ, từ nhận dạng nhãn đến vận chuyển và phân hủy các chất nền trong lysosome.

Đặc trưng

Một trong những chức năng chính của quá trình tự thực là loại bỏ các bào quan già yếu hoặc "già cỗi", được gắn thẻ bởi nhiều tuyến đường khác nhau để thoái hóa trong lysosome.

Nhờ quan sát ảnh hiển vi điện tử của lysosome trong tế bào động vật có vú, sự hiện diện của peroxisomes và ty thể đã được phát hiện trong chúng.

Ví dụ, trong tế bào gan, tuổi thọ trung bình của ti thể là 10 ngày, sau đó bào quan này bị thực bào bởi các lysosome, nơi nó bị phân hủy và các thành phần của nó được tái chế cho các mục đích trao đổi chất khác nhau.

Trong điều kiện nồng độ chất dinh dưỡng thấp, tế bào có thể kích hoạt sự hình thành của thực quản để "bắt giữ" một cách có chọn lọc các phần của tế bào, cũng như các chất chuyển hóa được tiêu hóa trong các thực quản này có thể giúp tế bào tồn tại khi các điều kiện bên ngoài hạn chế theo quan điểm. từ quan điểm dinh dưỡng.

Vai trò đối với sức khỏe và sự phát triển

Autophagy có chức năng quan trọng trong việc tái cấu trúc các tế bào trong quá trình biệt hóa, vì nó tham gia vào quá trình loại bỏ các phần tế bào không cần thiết vào những thời điểm cụ thể.

Nó cũng có ý nghĩa quan trọng đối với sức khỏe tế bào, vì nó là một phần của cơ chế bảo vệ chống lại vi rút và vi khuẩn xâm nhập.

Yoshinori Ohsumi Nghiên cứu

Yoshinori Ohsumi, nhà nghiên cứu Nhật Bản đoạt giải Nobel về Sinh lý học và Y học năm 2016, đã mô tả cơ chế phân tử của quá trình tự chết ở nấm men trong khi nghiên cứu số phận trao đổi chất của nhiều protein và không bào của các sinh vật đơn bào này.

Trong công trình của mình, Ohsumi không chỉ xác định các protein và các con đường liên quan đến quá trình này, mà còn chứng minh cách con đường autophagy được điều chỉnh nhờ hoạt động của các protein có khả năng "cảm nhận" các trạng thái trao đổi chất khác nhau.

Công việc của ông bắt đầu với những quan sát chính xác bằng kính hiển vi về không bào trong các sự kiện suy thoái dữ dội. Không bào được coi là nơi lưu trữ "rác" nấm men và các mảnh vụn tế bào.

Bằng cách quan sát những nấm men có kiểu gen đột biến khiếm khuyết đối với các gen khác nhau có liên quan hoặc theo giả thuyết liên quan đến tự chết (được gọi là gen ATG), nhà nghiên cứu này và các cộng sự của ông đã có thể mô tả hệ thống tự thực của nấm men ở cấp độ di truyền.

Sau đó, nhóm các nhà nghiên cứu này đã xác định các đặc điểm di truyền chính của các protein được mã hóa bởi các gen này và có những đóng góp đáng kể về sự tương tác của chúng cũng như sự hình thành của các phức hợp chịu trách nhiệm cho việc bắt đầu và thực hiện tự động ở nấm men.

Nhờ công trình của Yoshinori Ohsumi, ngày nay chúng ta hiểu rõ hơn về các khía cạnh phân tử của autophagy, cũng như ý nghĩa quan trọng của nó trong việc vận hành chính xác các tế bào và cơ quan tạo nên chúng ta.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Sinh học phân tử của tế bào (xuất bản lần thứ 6). New York: Khoa học Garland.
2. Klionsky, DJ & Emr, SD (2000). Autophagy như một con đường thoái hóa tế bào được điều chỉnh. Khoa học, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autophagy: quá trình và chức năng. Gen & Phát triển, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru & Komatsu, M. (2011). Autophagy: Đổi mới tế bào và mô. Ô, 147, 728-741.
5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autophagy và trao đổi chất. Khoa học, 330, 1344-1348.