Аутофагия — это путь внутриклеточной деградации. Это внутриклеточный процесс транспортировки поврежденного, выродившегося или состарившегося белка в лизосомы для переваривания и деградации. Во время биологической эволюции аутофагия является консервативным процессом и может быть обнаружена от дрожжей до растительных клеток, а также клеток млекопитающих, причем многие из этих регуляторных факторов имеют белки-гомологи, обнаруженные у ряда видов. Клеточная аутофагия включает три пути, а именно макроаутофагию, микроаутофагию и шаперон-опосредованную аутофагию. Макроаутофагия относится к процессу транспорта цитоплазматических веществ в лизосомы посредством образования пузырьков. Это используется для деградации стареющих или поврежденных внутриклеточных органелл и белков.
Икроаутофагия - это процесс прямой аннексии лизосомами деградации внутриклеточного материала. Опосредованная шапероном клеточная аутофагия означает, что растворимые внутриклеточные белки непосредственно попадают в лизосомы для деградации с помощью молекулярного шаперона. В нормальных физиологических условиях аутофагия может обеспечить поддержание внутриклеточного гомеостаза; в условиях стресса аутофагия может эффективно предотвращать накопление токсичных или канцерогенных поврежденных белков и органелл, дополнительно подавляя канцерогенез клеток (Reggiori F, 2002; Shintani, T, 2004).
Аутофагия должна пройти через около четырех стадий:
Фаза 1: инициация фагофора
После того, как клетки получат сигналы индукции аутофагии, где-то в цитоплазме сформируется мембранная структура, а затем продолжится расширение. Первоначально структура имеет только форму плоского края, похожую на открытый карман, состоящий из двухслойной липидной композиции, и ее можно наблюдать под электронным микроскопом, так как она называется аутофагической мембраной. Это также называется изоляционной мембраной. Это один из символов возникновения аутофагии.
Фаза 2: образование аутофагосомы
Мембрана аутофагии продолжает удлиняться и помещать все части цитоплазма, требующая деградации, включая органеллы в «карман», а затем «закрыть» (закрытие), превращаясь в закрытую сферическую аутофагосому. Аутофагосома похожа на большую «липосому». Аутофагосомы можно наблюдать под электронным микроскопом, и они являются одним из символов возникновения аутофагии. Есть две особенности аутофагосомы; один – двухслойная липидная мембрана; другой содержит цитоплазматические компоненты, такие как митохондрии и остатки эндоплазматического ретикулума.
Фаза 3: транспорт и слияние аутофагосомы.
На этом этапе сформированная аутофагосома может вливается внутриклеточная фагоцитарная вакуоль, фагоцитарный везикул и эндосома, отвечающая за эндоцитоз, образуя амфизому со слиянием лизосомы и эндосомы. Но эти условия не обязательны во время процесса аутофагии.
Стадия 4: Деградация аутофагосомы.
Аутофагосома сливается с лизосомами с образованием аутолизосомы. Во время этого процесса внутренняя мембрана аутофагосомы разрушается ферментом лизосомы, вызывая слияние содержимого их двух. Включение в аутофагосомы также расщепляется на сырье, такое как аминокислоты и жирные кислоты. Это сырье транспортируется в цитоплазму для повторного использования клетками, в то время как те остатки, которые не подлежат переработке, могут быть выведены за пределы клетки или сохранены в цитоплазме (Gozuacik D, 2004).
TOR сам по себе является своего рода серин/треонинкиназы, участвующей в регуляции клеточного цикла, роста и пролиферации. В нормальных условиях TOR, ингибируя активность инициирующих аутофагию молекул Atg1, достигает своего контроля над аутофагией. Белок-гомолог TOR у млекопитающих, mTOR, в своем активированном состоянии ингибирует функцию молекулы, инициирующей аутофагию, ULK1 посредством фосфорилирования. TOR/mTOR может образовывать два комплекса TORC1/mTORC1 и TORC2/mTORC2. mTORC1 включает mTOR, mLST8, PRAS40 и Raptor. . Raptor является чувствительным компонентом к препарату рапамицину, и поэтому рапамицин часто используется для изучения аутофагии для специфического ингибирования активности mTORC1 и индукции аутофагии. Кроме того, mTORC1 через bio-4E-BP1 и S6K1 может регулировать синтез белка и биогенез рибосомы для дальнейшей регуляции роста и пролиферации клеток. mTORC2 включает mTOR, mSin1, а Rictor нечувствителен к рапамицину. mTORC2 посредством фосфорилирования Akt (протеинкиназа B) и PKC (протеинкиназа C) передает сигнал малым ферментам GTP Rac1 и RhoA, участвуя в регуляции формирования цитоскелета. AMPK представляет собой протеинкиназу, участвующую в восприятии внутриклеточного энергетического состояния клетки для регулирования метаболизма. Он также играет важную роль в регуляции аутофагии. При низком уровне АТФ (например, при голоде или гипоксии) AMPK может ощущать изменение уровня AMP для активации, тем самым усиливая ингибирующее действие TSC1/2 на RheB посредством фосфорилирования и, наконец, ингибируя активность mTOR и индуцируя процесс аутофагии. Кроме того, есть также исследования, которые показали, что AMPK может напрямую фосфорилировать Raptor и ингибировать его активность, что приводит к снижению активности mTORC1. TSC1/2 также может интегрировать сигналы от PI3K-AKT и Raf-1-MEK1/2-ERK1/2 и передавать их на mTORC1. При воздействии таких стимулов, как факторы роста, Akt активируется, что приводит к фосфорилированию TSC2 и ингибированию его связывания с TSC1, Raf-1-MEK1/2-ERK1/2 также может ингибировать TSC1/TSC2, в конечном итоге активируя Rheb-mTORC1, оказывающий ингибирующее действие на процесс клеточной аутофагии (Meijer AJ, 2004; Liang XH, 1999; Paglin S, 2001).