Selbstverzehrende Zellprozesse, bekannt als Autophagozytose oder Autophagie, sind Mechanismen, durch die Zellen ihre eigenen Bestandteile abbauen und wiederverwenden, angefangen bei fehlerhaften Proteinen bis hin zu kompletten Zellorganellen. Ein ähnlicher Vorgang namens Phagozytose, eine Form der Endozytose, ermöglicht es Zellen, externe Substanzen aufzunehmen und zu nutzen.

Yoshinori Ōsumi, ein japanischer Wissenschaftler, wurde im Jahr 2016 der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine wegweisenden Entdeckungen in diesem Bereich verliehen.

Eigenschaften Die Autophagozytose ist in vielen Eukaryoten wie Pflanzen, mehrzelligen Tieren, Schleimpilzen und Hefen anzutreffen. Dieser Prozess spielt eine entscheidende Rolle beim Ausgleich zwischen der Neuproduktion und dem Abbau alter Zellbestandteile. Ein Beispiel hierfür ist die Autophagozytose von Mitochondrien in Leberzellen, bei der Mitochondrien nach einer Lebensdauer von etwa zehn Tagen abgebaut werden, und ihre Komponenten erneut für den Aufbau anderer Strukturen verwendet werden. Dieser Vorgang, auch als Salvage-Pathway bekannt, ermöglicht es der Zelle, Energie zu sparen.

Autophagozytose ist auch am Abbau von Proteinen, Lipiden und der Bereitstellung von Aminosäuren in Zeiten reduzierter oder teilweiser Nahrungszufuhr beteiligt, wie beim Fasten. Das Fasten löst die Autophagie aus, die in geringerem Maße in allen Zellen stattfindet, aber in Situationen wie metabolischem, genotoxischem, infektiösem und hypoxischem Stress verstärkt wird.

Mit zunehmendem Alter nimmt die Autophagozytose in Zellen ab, und eine verminderte Autophagozytose spielt eine Rolle bei verschiedenen Krankheiten, darunter Tumormetastasen, ALS, Morbus Alzheimer, Chorea Huntington, SENDA, Multiple Sklerose, Morbus Crohn und systemischer Lupus erythematodes (SLE). Einige Substanzen wie Sorafenib und natürliches Spermidin fördern die Autophagie, während andere wie Hydroxychloroquin die Autophagozytose hemmen. Autophagie wird unter anderem durch das Protein Autophagin 4A reguliert.

Die Prozesse der Autophagozytose lassen sich grob in drei Kategorien unterteilen: Makroautophagie, Mikroautophagie und chaperonvermittelte Autophagie (CMA).

Makroautophagie ist der vorherrschende Mechanismus der Autophagie und dient dem Abbau von Zellorganellen und Proteinen. Dabei wird ein Teil der Endoplasmatischen Retikulummembran um die zu entsorgenden Strukturen gelegt, bis das Organell vollständig von einer doppelten Biomembran umgeben ist. Das entstandene Autophagosom wird dann entlang des Aktin-Zytoskeletts transportiert und schließlich durch Fusion mit einem Lysosom abgebaut.

Mikroautophagie bezieht sich auf die direkte Aufnahme von Zellbestandteilen durch die lysosomale Membran, indem diese Membran eingestülpt wird.

Bei der chaperonvermittelten Autophagie werden Proteine mit einem speziellen Motiv vom Chaperon Hsc70 erkannt und als Proteinkomplex zum Lysosom geführt, wo sie durch das lysosomale Membran-assoziierte Protein 2a (LAMP-2A) ins Lysosom gelangen und abgebaut werden. Der Komplex wird receptorvermittelt in das Lysosom aufgenommen, wobei Hsc70 als Chaperon für die Entfaltung der importierten Proteine dient.

Rolle im Immunsystem Autophagozytose ermöglicht auch den intrazellulären Abbau von Viren, Bakterien und Fremdproteinen, die in die Zelle eingedrungen sind. Dies trägt zur Immunantwort bei, da die Antigene anschließend über MHC I und II präsentiert werden. Einige intrazelluläre bakterielle Pathogene haben Mechanismen entwickelt, um sich vor der Autophagozytose zu schützen.

Beteiligung am Lebensphasenwechsel einiger Arten In Insekten spielt Autophagozytose eine Rolle bei der Umwandlung von Larvengewebe in die erwachsene Form. Dies geschieht während der Verpuppung, wenn Gewebe aufgeschmolzen und in die Strukturen des erwachsenen Tieres umgewandelt werden.

Autophagozytose kann auch zum Zelltod führen und ist Teil des programmierten Zelltods (Apoptose und autophagic cell death), wodurch das Wachstum von vielzelligen Organismen und Kolonien reguliert wird.

Inhibierung Autophagozytose kann durch bestimmte Substanzen wie Chloroquin oder Hydroxychloroquin gehemmt werden. Dies hat therapeutische Anwendungen, insbesondere in der Chemotherapie von Krebserkrankungen.

Verstärkung Die natürliche Substanz Spermidin verstärkt die Autophagozytose und wird derzeit in zahlreichen Studien auf ihr präventives Potenzial hinsichtlich einer Verlängerung der gesunden Lebensspanne untersucht. In einer kleinen Studie an der Charité wurde bereits nach drei Monaten eine Verbesserung der Gedächtnisleistung bei älteren Menschen mit erhöhtem kognitiven Verfall im Vergleich zur Placebogruppe gezeigt.

Geschichte Die Autophagozytose wurde erstmals 1962 von Keith R. Porter und seinem Studenten Thomas Ashford beschrieben. Der Abbau und die Wiederverwendung zellulärer Bestandteile im Lysosom wurden 1963 beschrieben. Die Bezeichnung "Autophagie" wurde 1963 auf dem Ciba Foundation Symposium on Lysosomes von Christian de Duve geprägt. Im Jahr 1967 beschrieb de Duve die Glukagon-induzierte Autophagozytose in Lysosomen von Leberzellen bei Ratten.

In den 1990er Jahren wurden in Hefen verschiedene Gene identifiziert, deren Proteine an der Autophago

Siehe auch

• Autolyse – Selbstverdauung

 

Literatur

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Weblinks

Wiktionary: Autophagozytose – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 

Einzelnachweise

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https://de.wikipedia.org/wiki/Autophagozytose