Аутофагия это: Аутофагия – что это такое, польза и влияние аутофагии на сохранение молодости

Содержание

Аутофагия: как наука разрушает мифы о питании?

После того как японский учёный Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию по медицине, про аутофагию заговорили все! А в wellness-индустрии появился новый тренд – фастинг-диета 16/8, известная также как интервальное голодание. Фитнес-тренеры, голливудские звёзды и даже ведущие врачи уже используют принципы аутофагии в питании. Ведь слишком велик соблазн быть не просто стройным, но и здоровым! Как аутофагия связана с естественным похудением и оздоровлением организма?  

 

Опыты Ёсинори Осуми

Говоря словами науки, аутофагия – это процесс переработки клеткой собственных составляющих. Впервые описал бельгийский биохимик Кристиан Де Дюв в 1963 году. Но тогда учёный не знал, является ли эта способность клеток врожденной, какие гены за это отвечают и как запустить процесс. Лишь недавно, в 2016 году японский учёный Ёсинори Осуми смог экспериментально доказать этот процесс, за что и был награждён Нобелевской премией по медицине.

Работая с клетками дрожжей, учёный содержал их без дополнительной подпитки – в среде с низким уровнем глюкозы.

Наблюдая за клетками в световой микроскоп, он обнаружил, что при низкокалорийном питании цитоплазма клеток начинает активизироваться, в ней возникает большое количество пузырьков. Как оказалось, при недостатке пищи клетка начинает сама себя переваривать. При этом сначала клетка «съедает» старые и поврежденные структуры – скопления окисленных белков, дефектные митохондрии. В результате клетка обновляется и омолаживается. Однако Осуми также доказал, что, если голодание долго не прекращается, аутофагия может уничтожить клетку.

Как запустить процесс аутофагии?

Хоть организм человека не похож на дрожжи, но наши клетки также способны к аутофагии на генетическом уровне. У людей она запускается при недостатке некоторых аминокислот: лейцина, аргинина, лизина и метионина, которыми богаты продукты животного происхождения. То есть можно смело утверждать, что даже иногда заменяя животные белки растительными, мы способствуем процессу аутофагии, замедляем процессы старения и уменьшаем риски опухолевых и сердечно-сосудистых заболеваний.

С помощью голодания можно заставить клетки голодать, в результате чего они начинают «съедать» сами себя, выбрасывая негодное. Но если постоянно недоедать, то аутофагия не остановится на нужном этапе, что приведет к процессу дегенерации. Поэтому процесс фастинга немыслим без интервального голодания. Самая популярная и доступная схема интервального голодания – 16/8, которая подразумевает 16 часов голодания и 8 для приёма пищи. Например, человек может есть в промежутке между 10 и 18 часами дня, в остальное время пить воду или травяной чай.

Исследователь из Университета Южной Калифорнии Вальтер Лонго

много лет занимается изучением голодания. Учёный доказал, что прерывистое голодание способствует улучшению когнитивных функций, повышает чувствительность тканей к инсулину, снижает артериальное давление и частоту сердечных сокращений, задерживает появление опухолей, предотвращает воспалительные заболевания, способствует регенерации клеток крови, стимулирует иммунную систему. Опыты на мышах подтвердили, что прерывистое голодание является профилактикой сахарного диабета, а также опухолевых, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний.

Фастинг – новый подход к питанию

Новые знания об аутофагии противоречат принципам частого дробного питания. Научные исследования на мышах показали, что при равном суточном количестве калорий мышки, которых кормили с интервалом в 12 часов, выигрывали у тех, кто питался часто и дробно. У них улучшался сон и не развивались метаболические заболевания.

Поэтому если вы на работе не успеваете поесть, а садитесь за стол только утром и/или вечером, – это отличная новость, по мнению учёных. Питание с 12-часовыми и более перерывами также запускает процессы аутофагии. При этом режиме питания уменьшается жировая масса тела, но не теряется мышечная, снижается уровень холестерина и глюкозы в крови. 

 

 

По мнению учёных, есть ряд биологически активных веществ, которые способствуют аутофагии:

  • Спермидин (грибы, сыр, грейпфрут)
  • Кукурбитацин I (горькие огурцы)
  • Физалин А (физалис)
  • Диосцин (соя)
  • Ресвератрол (красный виноград)
  • Куркумин (приправа карри)
  • Катехин, эпикатехин (зеленый чай, какао)
  • 20(S)-протопаноксатриол, магнофлорин (корень женьшеня)
  • Гамма-токотриенол (бурый рис)
  • Витамин B3 (белое мясо, хлеб, овес, бобовые, ячмень, шампиньоны, арахис, грецкий орех)
  • Витамин Д (рыба, кисломолочные продукты)

Говоря о фастинге, нельзя не отметить одну из последних инноваций медицины в сфере естественного оздоровления, похудения и очищения организма – внутривенное введение витаминных коктейлей. Врачи рекомендуют 1-2 раза в год проводить детокс-программу для поддержания нормального функционирования печени, желчевыделительной системы, ЖКТ, почек. Витаминные коктейли «Детокс» и «Слим» входит в топ самых популярных капельниц клиники IVTherapy. Капельницы содержат ряд высокоактивных витаминов, минералов и антиоксидантов, которые способствуют процессам аутофагии.

Как видим, новые научные открытия не сочетаются с общепринятой в современной диетологии нормой «питаться часто и понемногу». Как бы там ни было, но даже классическую фастинг-диету нельзя практиковать без рекомендации врача. Поэтому, дорогие читатели, если вы решили испытать на себе интервальное голодание, делайте это под строгим присмотром своего врача и будьте здоровы!  

03.10.2019

Аутофагия как новое звено в механизме развития нарушений репродуктивной системы (обзор литературы)

Одним из важнейших достижений в репродуктивной медицине за последние три десятилетия явилось лечение бесплодия с помощью вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ), и прежде всего экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) с последующим переносом эмбрионов в полость матки. Несмотря на развитие ВРТ, частота наступления беременности остается ниже ожидаемой и составляет 33—35%. Согласно мнению ряда специалистов [1, 2], низкий уровень успешных попыток ЭКО связан с эмбриональными и эндометриальными факторами.

Необходимыми условиями для успешной имплантации и поддержания беременности являются рецептивный эндометрий, функционально нормальная, жизнеспособная бластоциста и тонкий «молекулярный диалог» между бластоцистой и эндометрием.

При переносе эмбрионов высокого качества по морфологическим и хромосомным критериям показатели имплантации остаются на низком уровне, достигая 25—35%. В ретроспективном когортном исследовании, проведенном с 2011 по 2015 г. в США, изучали 998 циклов с преимплантационным генетическим исследованием плода. Установлено, что частота имплантации оставалась ниже 60% после генетического скрининга [3].

Известно, что функциональной единицей яичников являются фолликулы, поддерживающие развитие и созревание ооцитов, которые затем подвергаются овуляции и оплодотворению. Залогом жизнеспособного эмбриона является морфологически и функционально нормальный ооцит. В наше время многие женщины стремятся к материнству в возрасте 35—40 лет, когда начинает снижаться овариальный резерв яичников, а у 1—12% женщин в популяции высок риск развития преждевременной недостаточности яичников (ПНЯ), которая обычно диагностируется поздно и приводит к бесплодию [4]. У данной категории пациенток для реализации репродуктивных планов на первом месте стоит ЭКО с донацией ооцитов, но ее эффективность не превышает 6% [5]. Однако большинство пациенток с ПНЯ желают иметь генетически родного ребенка. Таким образом, проблема ПНЯ на сегодняшний день чрезвычайно актуальна и важна, поэтому продолжается научный поиск инновационных методов ранней диагностики и лечения данного заболевания.

Впервые в России в 2019 г. под руководством Л.В. Адамян проведена операция, направленная на активацию функции яичников у пациенток с ПНЯ. Суть метода состоит в том, что после забора коркового слоя овариальной ткани проводят его фрагментацию, а затем производят его реимплантацию. Важным моментом является одноэтапное выполнение данной операции. Благодаря этой технологии активизируется рост первичных фолликулов, повышается уровень эстрадиола, что дает возможность в дальнейшем провести стимуляцию суперовуляции в программе ЭКО и иметь генетически родное потомство. Данный метод также приводит к улучшению качества жизни у данной категории пациенток [5].

Следует отметить, что описаны различные этиологические факторы развития ПНЯ, но этиопатогенез остается неясным на молекулярно-генетическом уровне, и большинство случаев являются идиопатическими.

Считается также, что причина низких показателей беременности в циклах ЭКО во многом обусловлена нарушением восприимчивости эндометрия. Для успешного наступления имплантации и дальнейшего поддержания беременности развитие эндометрия должно быть синхронным с развитием эмбриона. Улучшение восприимчивости эндометрия может повысить результаты ЭКО и переноса эмбрионов (ПЭ) [1, 6, 7].

Рецептивность эндометрия представляет собой физиологическое состояние, при котором возможна имплантация бластоцисты.

Этот период восприимчивости эндометрия, также известный как «окно имплантации» («window of implantation» — WOI), длится ограниченное время, в течение которого эпителий эндометрия благоприятен для адгезии эмбриона, последующей инвазии в эндометрий и плацентации. Предполагаемое «окно имплантации» человека теоретически совпадает с 20—24-м днем 28-дневного менструального цикла [1, 6] или 6—10-м днем после пика уровня лютеинизирующего гормона (ЛГ) в крови [8].

Эндометрий является достаточно динамичной тканью, которая подвергается циклической пролиферации, дифференцировке, транспорту клеток, особенно клеток иммунной системы, дегенерации и регенерации под воздействием эстрогенов и прогестерона в соответствии с циклическими изменениями их концентрации в течение менструального цикла. Основная цель этого сложного процесса — успешная адгезия, инвазия и плацентация плода с последующей послеродовой регенерацией [9]. Перед имплантацией в тканях железистого и покровного эпителия эндометрия, стромальных клетках и сосудах, внеклеточном матриксе происходят различные межклеточные, молекулярные и морфологические взаимодействия, экспрессия молекул адгезии, матриксных металлопротеиназ, факторов роста и цитокинов, осуществляющих паракринную, аутокринную, интракринную, юкстакринную регуляцию, необходимую для успешной имплантации [9].

«Молекулярный диалог», который происходит между эмбрионом и эндометрием до и в процессе имплантации, приводит к синтезу и высвобождению молекул в эндометрий. Экспрессия этих молекул временно связана с фазой развития эндометрия. В период секреторной фазы менструального цикла эндометриальный секрет богат углеводами, гликопротеинами, липидами, связывающими и питательными транспортными белками, ионами, глюкозой, цитокинами, ферментами, гормонами, факторами роста, протеазами и их ингибиторами и другими веществами [10]. Состав секрета эндометрия меняется в течение менструального цикла в результате изменений концентрации стероидов яичника в сыворотке крови. Все эти субстраты являются важными источниками питательных веществ, необходимых для протекания метаболических процессов в фетоплацентарной системе, регулируют развитие плаценты, а также модулируют материнские иммунологические реакции к тканям плаценты [9].

Однако роль эндометрия не ограничивается имплантацией эмбрионов. В постимплантационном периоде он создает адекватную «среду обитания» для дальнейшего развития эмбриона на основе сигнальных молекул и обеспечения непрерывного источника питательных веществ растущего эмбриона. Таким образом, ученые пришли к выводу, что микроокружение эмбриона в эндометрии необходимо для успешной имплантации, адекватного питания эмбриона и обеспечения его развития [11].

Важной проблемой остается идентификация периода максимального соответствия развития эмбриона и восприимчивости эндометрия. В последнее десятилетие проведено много исследований, направленных на выявление биомаркеров рецептивности эндометрия. Такие маркеры, как морфология биоптата эндометрия или субэндотелиальный кровоток, широко используются в практике, но, как оказалось, имеют низкую прогностическую значимость [12].

В настоящее время для оценки рецептивности эндометрия используют как инвазивные, так и неинвазивные методы исследования. В качестве инвазивных методов проводится оценка биоптата эндометрия. К неинвазивным методам относятся исследования цервикальной слизи, секрета эндометрия, полученных путем аспирации и/или лаважа. Для исследования материалов используются следующие методы: иммуногистохимический с определением экспрессии рецепторов эстрогена и прогестерона и пиноподий [13], тонкослойная хроматография секрета матки [14], ДНК-микрочип [15], исследования микроРНК [16] и протеомный анализ секреции эндометрия или слизи шейки матки с помощью масс-спектрометрии [17], изучение секретомики эндометрия [16].

С помощью этих методов исследования определяют следующие молекулярные маркеры: интегрин ανβ3 [18, 19]; фактор, ингибирующий лейкемию (LIF) [19]; фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) [3]; гепаринсвязывающий эпидермальный фактор роста (HB-EGF) [13, 20]; интерлейкины IL-1, IL-6, IL-11 [18]; матриксные металлопротеиназы (ММРs) и их тканевые ингибиторы (ТIMPs) [21]; гликоделин A [22]; кадгерины и MUC1 [7] и др.

В настоящее время также используют Endometrial Receptive Array (ERA), который позволяет определить экспрессию генов, представленных в микрочипе. Каждый из этих генов имеет диагностическую значимость для определения рецептивности эндометрия [23]. Ограничением теста являются необходимость проведения биопсии эндометрия, потенциальная вариабельность экспрессии генов, вызванная сбором небольшого образца ткани эндометрия из конкретной локальной области, что, вероятно, не сможет характеризовать общее состояние восприимчивости эндометрия, а также отсутствие целесообразности переноса эмбриона в этом же цикле. С развитием технологии альтернативой диагностике восприимчивости эндометрия стало использование протеомных методов исследования секрета эндометрия или слизи цервикального канала шейки матки [12].

Таким образом, высокотехнологичные достижения дали возможность ученым провести исследования в области протеомики, эпигенетики, микроматрицы ДНК для мРНК и микроРНК, а также получить данные, основанные на иммунологических факторах, для выявления потенциальных «кандидатов» в биомаркеры восприимчивости эндометрия. Однако сами ученые, которые занимаются этой проблемой, отмечают, что рост числа биомаркеров еще более усложнил понимание состояния рецептивности эндометрия, так как ни одно исследование не подтверждает высокую специфичность биомаркера и не представляет четких данных о факторах, обеспечивающих гомеостаз в эндометриальных клетках и бластоцисте, и об их взаимодействии [1].

Обязательно нужно отметить, что в циклах ЭКО при проведении суперовуляции яичников из-за высоких концентраций гормонов изменяются состав и экспрессия перечисленных факторов, которые приводят к нарушению гомеостаза в клетках эндометрия и эмбрионов. И есть данные, что частота имплантации намного выше в естественных циклах с переносом криоэмбрионов, чем в непосредственно стимулированных циклах при проведении ЭКО [1].

Известно, что инвазия эмбриона в базальную мембрану эндометрия опосредуется через апоптоз, в результате чего происходит тесный контакт трофоэктодермы с эпителием эндометрия. Спонтанный периодический апоптоз в нормальном эндометрии в менструальном цикле является ключевым фактором в поддержании нормальной структуры и функции эндометрия, в то время как в апоптозе клеток эндометрия в различных фазах эндометриального цикла решающую роль играет клеточная аутофагия [24].

Апоптоз — это запрограммированная гибель клетки. Однако одним из альтернативных механизмов, способствующих деградации и гибели клеток под влиянием ряда неблагоприятных факторов, является аутофагия. Термин «аутофагия» означает «самоедение». Хотя аутофагию изучают в течение 50 лет, прогресс в понимании данного процесса на молекулярном уровне значительно ускорился за последние два десятилетия [25].

Аутофагия является эволюционным процессом, который направлен на поддержание клеточного гомеостаза путем деградации крупных белковых агрегатов, рециркуляции аминокислот, уменьшения количества поврежденных белков или посторонних органелл, переработки питательных веществ и регулирования уровня белка в ответ на внеклеточные сигналы, что способствует выживанию клеток в стрессовых условиях [26]. Индукторами аутофагии могут быть голодание, гипоксия, окислительный стресс, патогенная инфекция, гормональная стимуляция и пр. [27].

Известны три основных типа аутофагии: макроаутофагия, микроаутофагия и аутофагия, опосредованная шаперонами [19]. Макроаутофагия — это путь, который приводит к массовой деградации цитоплазматических компонентов, таких как белки и органеллы, через лизосому. Индукция аутофагии приводит к образованию двухмембранной структуры, известной как изолирующая мембрана (фагофор), которая развивается и поглощает цитоплазматические компоненты, по мере ее удлинения образуя структуру, называемую аутофагосомой. Внешняя мембрана аутофагосомы затем сливается с лизосомой, образуя аутолизосому, а лизосомальные ферменты разрушают цитоплазматические компоненты, выделенные аутофагосомой. В отличие от других органелл жизнь аутофагосомы короткая. Аминокислоты, образующиеся при разложении цитозольных компонентов, могут повторно использоваться клеткой. Аутофагосомы участвуют во многих процессах независимо от лизосомальной деградации, включая фагоцитоз, экзоцитоз, секрецию, презентацию антигена, индукцию и модуляцию воспалительной реакции [28]. При микроаутофагии лизосома поглощает поврежденные макромолекулы и органеллы путем инвагинации мембраны лизосомы [29]. Аутофагия, опосредованная шаперонами, способствует транспортировке цитозольных белков в лизосомы. Интенсивность аутофагии, опосредованной шаперонами, и макроаутофагическая активность с возрастом снижаются [30].

Таким образом, аутофагия, как и апоптоз, является механизмом гибели клеток. При нарушении механизмов индукции апоптоза происходит индукция аутофагии. Однако механизмы взаимодействия этих двух процессов изучены недостаточно. В условиях «голодания» клетки гомеостаз внутри нее в первое время поддерживается аутофагией, но при расходе белков и органелл происходит запуск необратимой гибели клетки посредством апоптоза [17].

В процессе аутофагии участвуют фосфатидилинозитол-3-киназа (PI3K)/Akt, AMP-зависимая протеинкиназа (AMPK), митоген-активируемые протеинкиназы, инозитолтрифосфаты и кальций [27].

Наиболее известным молекулярным путем — регулятором аутофагии является путь mTOR (Target of Rapamycin), который находится в комплексе mTOR 1 (mTORC1) и ингибирует аутофагию в условиях повышенного питания для обеспечения гомеостаза. Путь mTOR образует ядро двух различных сигнальных комплексов — mTORC1 и mTORC2 [31]. mTORC1 может способствовать биогенезу липидов и энергетическому метаболизму путем индукции факторов транскрипции и подавления аутофагии [31]. Однако в условиях голодания активность mTOR снижается, что приводит к активации UNC-51-подобной киназы 1 (ULK1), это является начальной стадией аутофагии. Беклин 1, состоящий из комплекса беклина 1, семейства Bcl-2, класса III PI3K (везикулярный белок 34, VPS34) и ATG14L, также играет роль в регуляции аутофагии [32]. Стимуляция этого комплекса увеличивает выработку фосфатидилинозитол-3-фосфата, который регулирует образование аутофагосом. Между тем сигнальный путь PI3K/Akt негативно регулирует комплекс беклина 1 и стимулирует mTOR, тем самым ингибируя аутофагию. Элонгация аутофагосом происходит через две убиквитин-подобные системы конъюгации: систему конъюгации Atg5-Atg12 и систему конъюгации LC3. LC3-II, который образуется путем конъюгирования фосфатидилэтаноламина из LC3-I, включается в аутофагосомы и таким образом распознается как маркер образования аутофагосом [33].

Аутофагия играет важную роль в менструальном цикле, эмбриогенезе, имплантации и развитии беременности [34, 35].

Недавно проведенные исследования выявили наличие апоптоза и аутофагии в эпителиальных клетках эндометрия во время поздней секреторной фазы и в менструальном эндометрии, тогда как низкая активность этих процессов обнаружена во время пролиферативной фазы и в начале секреторной фазы. В исследовании в качестве биомаркера аутофагии клеток эндометрия оценивали уровень экспрессии MAP1LC3A-II (Microtubule associated protein 1 light chain 3), который играет важную роль во время этапа элонгации аутофагосомы. Экспрессия MAP1LC3A-II увеличивалась и достигала максимального уровня в железистых клетках эндометрия во время поздней секреторной фазы менструального цикла. Кроме того, в MAP1LC3A-позитивных железистых клетках секреторного эндометрия наблюдалась интенсивная иммунореактивность расщепленной каспазы 3, маркера апоптоза [36]. Согласно данным исследований, апоптоз эндометриальных желез и стромальных клеток во время менструального цикла контролируется стероидами яичников — эстрогеном и прогестероном. В пролиферативную фазу происходят эстроген-индуцированная активация антиапоптотических генов и ингибирование проапоптотических генов. С другой стороны, прогестерон ингибирует вызванные эстрогеном антиапоптотические эффекты в эпителии эндометрия [22]. Если не развивается беременность, наступает менструация, которая характеризуется активацией проапоптотических факторов и индукцией апоптоза. Следовательно, аутофагия клеток эндометрия может быть непосредственно вовлечена в регуляцию цикла эндометрия и тесно связана с индукцией апоптоза [37].

В течение I триместра беременности плацента развивается в условиях физиологической гипоксии, при которой кислородное напряжение составляет примерно 2%, и низкого уровня глюкозы [38]. Гипоксия и низкое содержание питательных веществ, которые обычно вредны для других клеток, для трофобластов оказались предпочтительными на ранних сроках беременности (до 11 нед гестации), в результате чего экстравиллярные трофобласты проникают в эндометрий до 1/3 миометрия матки и мигрируют вдоль просвета спиральных артериол [35]. Таким образом, трофобласты эволюционно получают механизмы приспособления к стрессу, которые основаны на аутофагии. Трофобластная инвазия и ремоделирование сосудов необходимы для правильной перфузии плаценты и поддержания роста плода [35]. Это подтверждено в исследовании с использованием мышиной модели, в которой ген Atg7, необходимый для аутофагии, удален в клетках трофобласта. Плаценты, нокаутированные по Atg7, характеризовались меньшими размерами, степенью инвазии трофобласта и недостаточностью ремоделирования сосудов по сравнению с контрольной группой. Это указывает на нарушение плацентации в отсутствие индукции аутофагии, которое характерно также для беременности, осложненной преэклампсией. Таким образом, авторы [39] показали, что физиологическая гипоксия вызывает аутофагию, регулируя инвазию первичных трофобластов и обеспечивая тем самым адекватную плацентацию.

Существует гипотеза относительно этиологии преэклампсии, которая объясняет ее развитие недостаточной инвазией трофобласта и нарушением ремоделирования сосудов [20]. В некоторых исследованиях проведена оценка инвазии трофобласта в зависимости от активности аутофагии, которая показала несколько противоречивые результаты. Согласно результатам исследования, растворимый эндоглин, который в достаточных концентрациях присутствует в сыворотке беременных с преэклампсией, подавляет активность аутофагии, вызывая недостаточную инвазию в экстравиллезных трофобластах. Экспрессия маркера ингибирования аутофагии p62 в экстравиллезных трофобластах у decidua basalis значительно увеличена у беременных с преэклампсией по сравнению с беременными с нормотензией [40].

При преимплантационном развитии эмбриона активируется аутофагия, которая приводит к массовой деградации материнских белков, а продукты распада становятся питательными веществами и сырьем для последующего эмбрионального развития. Существует две системы деградации: убиквитин-протеасомный путь и система аутофагии—лизосомы. Считается, что эти системы поддерживают раннее эмбриональное развитие [41].

Протеасомная деградация избирательно распознает убиквитинсвязанные белки, которые живут недолго. Лизосомально-опосредованная деградация направлена на долгоживущие белки. Цитозольные компоненты, поврежденные органеллы, а также убиквитин-положительные белки доставляются в лизосомы через аутофагосомы, тогда как внеклеточные материалы доставляются через эндоцитоз [42].

Беременные женщины с донорскими ооцитами подвержены большему риску преэклампсии и гестационной гипертонии, чем беременные женщины с собственными ооцитами. Накопление p62 в экстравиллезном трофобласте значительно выше у беременных с донорскими ооцитами, это означает, что ингибирование аутофагии коррелирует с преэклампсией [40]. Но есть и противоречивые данные, в которых авторы предполагают высокую активность аутофагии в преэкламптических плацентах. Электронно-микроскопическое исследование показало наличие аутофагических вакуолей как в синцитиальных слоях, так и в эндотелии в плацентах беременных с преэклампсией [43]. Увеличение MAP1LC3-II и снижение p62 зарегистрированы в плацентах женщин с гипертонической болезнью по сравнению с таковыми при нормотензивной беременности, что указывает на активацию аутофагии [44].

Нарушения в процессе аутофагии приводят к накоплению амилоидных белковых агрегатов, которые способствуют также развитию нейродегенеративных заболеваний [45]. Недавно высказано предположение о важной роли амилоидных белков в развитии преэклампсии. Амилоидные белковые агрегаты обнаружены в более высоких уровнях в моче женщин с преэклампсией, чем у здоровых беременных женщин [46]. Таким образом, аутофагия предотвращает агрегацию белка в трофобластах. Эти белки могут нарушать развитие плаценты через индукцию апоптоза и клеточного старения. Известно, что клеточное старение вызывается апоптозом или подавлением аутофагии в трофобластах и приводит к укорочению или дисфункции теломер. Этот процесс наблюдается при преэклампсии и связан со старением плаценты. Стареющие клетки также изменяют свое микроокружение путем секреции провоспалительных цитокинов, хемокинов, факторов роста и протеаз, известных под общим названием «секреторный фенотип, ассоциированный со старением» [47].

S. Tsukamoto и соавт. [48] в 2008 г. провели исследование и предположили, что аутофагия не играет важной роли в фолликулогенезе или оогенезе, так как ооциты без Atg5 оплодотворяются in vivo. После оплодотворения материнские белки в ооцитах разлагаются и синтезируются новые белки, кодируемые зиготическим геномом. Аутофагия быстро активируется в течение первых 3—4 ч после оплодотворения и продолжается в течение короткого периода времени, затем происходит снижение ее активности, начиная от одноклеточной стадии до ранней двуклеточной стадии. Возможным объяснением снижения аутофагической активности на этом этапе является необходимость избежать случайного расщепления ядерных факторов, имеющих решающее значение для эмбрионального развития. Аутофагия реактивируется в середине двуклеточной стадии и поддерживает высокий уровень активности от 4- до 8-клеточной стадии, прежде чем ее активность опять уменьшается на последующих стадиях. Основные качественные изменения в характере синтеза белка происходят на 4—8-клеточной стадии у мышей. Белки, полученные от матери, хранящиеся в ооците, могут быстро распадаться и заменяться белками, происходящими из эмбрионального генома [48].

В 2013 г. E. Latz и соавт. [49], проведя исследование, пришли к выводу, что эмбрионы с дефицитом аутофагии, полученные из ооцитов без Atg5, останавливаются на стадиях от 4 до 8 клеток при оплодотворении сперматозоидами без Atg5, но эмбрионы, полученные из ооцитов без Atg5 со сперматозоидами Atg5+, переходят к фазе бластоцисты. Эти результаты показывают, что полный дефицит аутофагии может иметь летальный исход для эмбрионов. Кроме того, в эмбрионах с дефицитом аутофагии отмечается снижение скорости синтеза белка из-за накопления материнских белков в ооцитах. Таким образом, аутофагия разлагает материнские факторы, необходимые для преимплантационного развития.

В другом исследовании авторы [4] показали, что дефицит гена индукции аутофагии Atg7, специфический для половых клеток, приводил к уменьшению числа первичных фолликулов яичников на 79% по сравнению с контрольной группой, обусловливая развитие преждевременного истощения яичников. Продемонстрировано также, что дефицит Atg7 приводил к избыточной потере фолликулов в 49% случаев и ооцитов в 52% случаев в неонатальном периоде. Авторы пришли к выводу, что аутофагия может защитить фолликулы и ооциты от чрезмерной атрезии в результате апоптоза в яичниках новорожденных в условиях голодания, которое наблюдается после рождения, т. е. аутофагия необходима для выживания половых клеток во время неонатального периода. Авторы также показали, что сразу после рождения и в течение первых 3—6 ч после рождения происходила немедленная индукция аутофагии, которая подтверждена высокой экспрессией маркера аутофагии LC3 при иммунном окрашивании. А при ингибировании аутофагии в яичниках новорожденных мышей, культивируемых in vitro, наблюдалась потеря зародышевых клеток в условиях голодания. Следовательно, половые клетки весьма чувствительны к состоянию голода, а во время неонатального периода происходит массовая потеря половых клеток. Во время перехода от жизни плода к жизни новорожденного клеткам грозит сильное голодание до тех пор, пока питание не будет восстановлено с помощью питательных веществ молока. Большинство органов приспосабливается к этому послеродовому голоданию путем аутофагии, которое может производить аминокислоты для поддержания энергетического гомеостаза путем аутофагической деградации «собственных» белков.

Относительно недавно обнаружена селективная аутофагия [19]. В определенных условиях аутофагосомы могут избирательно изолировать и разлагать митохондрии, эндоплазматический ретикулум, эндосомы, липидные капли, секреторные гранулы, цитоплазматические агрегаты, рибосомы, патогенные микроорганизмы и вирусы. Например, известно, что аутофагия, включая ксенофагию (селективная аутофагическая деградация микробов), является механизмом уничтожения патогенных микроорганизмов, которые проникли в клетку, что позволяет предположить, что индукторы аутофагии могут быть новым классом антибактериальной терапии [50].

После оплодотворения у большинства видов эукариот рецепторы аутофагии p62 и белок, ассоциированный с рецептором гамма-аминомасляной кислоты (GABARAP), удаляют митохондрии сперматозоидов через митофагию. Митохондриальные белки сперматозоидов разлагаются в основном системой убиквитин—протеасома, но также в этом процессе участвует и селективная аутофагия [51].

Экспериментальная отсроченная имплантация бластоцисты на мышиной модели с помощью овариэктомии показала, что аутофагия в бластоцистах активируется 17β-эстрадиолом (E2), который обеспечивает длительное выживание «спящих бластоцист» [52].

В другом исследовании впервые обнаружено значительное увеличение экспрессии белка LC3-II, связанного с аутофагией, в эндометрии пациенток с рецидивирующей недостаточностью имплантации в сочетании с хроническим эндометритом по сравнению с контрольной группой. Увеличение количества LC3 указывает на активное образование аутофагосом. У пациенток с хроническим эндометрием аутофагия в основном присутствовала в строме эндометрия, где находятся лимфоциты, но не в железах эндометрия. Эти данные могут свидетельствовать о том, что аутофагия оказывает важное влияние на индукцию воспалительной реакции при хроническом эндометрите и последующие изменения в местной цитокиновой среде [53].

Маркеры аутофагии присутствуют в цитотрофобласте, синцитиотрофобласте, экстравиллезном трофобласте и децидуальных клетках стромы и физиологически участвуют в течении ранней беременности. Значительное снижение экспрессии mTORC1 обнаружено у пациенток с хроническим эндометритом, также отмечена аномальная экспрессия IL-10, TGF-β (transforming growth factor-β) и IL-17 у женщин с рецидивирующей недостаточностью имплантации в сочетании с хроническим эндометритом. Сообщалось, что mTOR модифицирует воспалительные реакции путем модулирования иммунопротеасомной деградации [54]. Следовательно, снижение mTORC1 при хроническом эндометрите вызывает усиление аутофагии и местных провоспалительных иммунных реакций, опосредованных цитокинами [49].

В заключение следует отметить, что аномальная экспрессия IL-10, TGF-β и IL-17 у женщин с рецидивирующей недостаточностью имплантации, с хроническим эндометритом в сочетании со сниженным уровнем аутофагии демонстрирует наличие провоспалительных иммунных реакций эндометрия, что связано со снижением восприимчивости эндометрия и частоты наступления беременности [49].

В последнее время начали изучать роль аутофагии в развитии эндометриоза [55, 56]. В исследованиях, проведенных Л.В. Адамян и соавт. [57, 58], обнаружено, что при эндометриозе в клетках наблюдается нарушение антиоксидантных защитных механизмов вследствие окислительного стресса, что приводит к повреждению клеток. Эти данные подтверждаются исследованием, проведенным H. Liu и соавт.[56], которые установили, что в эктопическом эндометрии отмечается экспрессия гипоксия-индуцибельного фактора-1α (hypoxiainducible factor 1-alpha — HIF-1α) и маркера аутофагии белка LC3.

Оценивая полученные результаты, исследователи [56] пришли к выводу, что выраженность процесса аутофагии влияет на механизм образования эндометриоидных гетеротопий, а подавление механизмов аутофагии может стать новой терапевтической мишенью в лечении эндометриоза.

Таким образом, изложенные данные позволяют предположить, что аутофагия играет важную роль в обеспечении гомеостаза в репродуктивной системе и организме в целом. Современные данные об этиологии многих заболеваний репродуктивной системы в настоящее время до конца не ясны, а, как известно, лечение должно быть этиопатогенетическим для профилактики рецидивов заболеваний. На сегодняшний день используемые биохимические и морфологические маркеры недостаточно специфичны и являются показателями «поломок» в репродуктивной системе. Дальнейшее изучение аутофагии, более глубокое понимание этиопатогенетических механизмов нарушений откроют новые возможности для разработки методов диагностики, терапии и профилактики многих заболеваний репродуктивной системы человека.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of onterest.

Сведения об авторах

Адамян Л.В. — акад. РАН, д.м.н., проф., заслуженный деятель науки РФ, главный внештатный специалист Минздрава России по акушерству и гинекологии, заместитель директора по научной работе, руководитель отделения оперативной гинекологии ФГБУ «Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова», зав. кафедрой репродуктивной медицины и хирургии ФДПО ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава России, Москва, Россия; e-mail: [email protected]; https://orcid.org/0000-0002-3253-4512

Геворгян А.П. — асп. каф. репродуктивной медицины и хирургии ФДПО ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава России, Москва, Россия; https://orcid.org/0000-0002-2765-232X; e-mail: [email protected]

КАК ЦИТИРОВАТЬ:

Адамян Л.В., Геворгян А.П. Аутофагия как новое звено в механизме развития нарушений репродуктивной системы (обзор литературы). Проблемы репродукции. 2019;25(5):-14. https://doi.org/10.17116/repro201925051

Аутофагия. Жить и не стареть? / Всё о нашей коже Teana Labs

Стремясь найти способы продления жизни, специалисты в области медицины каждый день совершают открытия, которые порой становятся значительными в мире науки. В организм человека генетически заложены сложные механизмы, нацеленные на то, чтобы мы могли комфортно жить и сохранять молодость как можно дольше. В том числе за счет постоянного обновления клеточных структур. Один из факторов, который управляет молодостью и регенерацией в нашем теле – аутофагия.

Неужели найден эликсир молодости?

Аутофагия — это процесс избавления от клеточного мусора.

Лизосомы (органеллы клеток) утилизируют ненужные, “бракованные”, вредные внутриклеточные компоненты, а также восстанавливают поврежденные структуры. Все это способствует немедленному омоложению, восстановлению тканей и их регенерации. Это очищение и защита клеток происходит любой ценой. Без него нормальная жизнедеятельность любых клеток была бы невозможна.

Теоретически мы можем не стареть?

В организме человека в течение жизни происходят два важных процесса – синтез новых клеток и очищение старых. В идеале они должны быть без перекосов в ту или иную сторону.

  1. Если основные усилия будут направлены на синтез новых белков и клеток, а старые очищаться не будут, то мусор будет накапливаться, а старение организма — ускоряться.
  2. Если же доминируют процессы аутофагии — очищение клеток организма, то старение замедляется, но и синтез новых структур замедляется.

Как это работает в реальной жизни?

Итак, организму нужно, чтобы внутриклеточные структуры эффективно очищали и переваривали собственные отжившие себя компоненты, а уже потом занимались построением новых.

Что активирует процесс аутофагии, способствуя омоложению и очищению?

  1. Разумное (не чрезмерное) количество белка способствует тому, что организм успевает перерабатывать “белковый мусор”.
  2. Значительная доля свежих фруктов, овощей, ягод (регулярно в течение жизни) также активирует процессы самоочищения на клеточном уровне, поскольку снижает потребления быстрых углеводов.

Таким образом, грамотное ограничение в еде активирует процесс аутофагии, и тогда клетки начинают избавляться от поврежденных органелл и белков внутри себя. Также здесь начинают перерабатываться все умершие или бракованные клетки. Организм “питается” сам собой, очищаясь таким образом от накопленных отходов.

А пока биохакеры ищут способы продлить жизнь, в наших с вами силах помочь организму самостоятельно, — путем выполнения несложных действий для его очищения и разгрузке.

Нобелевская премия по физиологии присуждена за описание поглощения клеткой ее же компонентов

Годом ранее премия по медицине и физиологии была присуждена Уильяму Кемпбеллу и Сатоси Омуре за открытия, позволившие создать новое терапевтическое лечение инфекций, вызываемых паразитическими червями. Вторую часть премии присудили Юю Ту за ее открытия, позволившие разработать терапию против малярии.

Нобелевская премия по физиологии присуждена молекулярному биологу Ёсинори Осуми (родился в 1945 г. в Фукуоке, Япония) за открытие и описание механизмов деградации белков при аутофагии. Это решение Шведский нобелевский комитет принял 3 октября 2016 г.

Аутофагия в переводе с греческого означает «самопоедание». Ученые еще в 60-е гг. открыли, что клетка способна переработать содержащиеся в ней компоненты, обволакивая их мембраной и образуя пузырек — везикулу, которые затем переносятся в лизосому и там деградируются. Так клетка может переваривать белки при нехватке энергии или строительного материала.

Ёсинори Осуми с 1988 г. занимался изучением деградации белков в клетках дрожжей, найдя условия, при которых под микроскопом становятся видимыми аутофагсомы — органеллы, окружающие уничтожаемые органоиды и цитоплазму. В результате его исследований стало известно, что процесс аутофагии контролирует важный физиологический процесс, когда необходимо уничтожение или переработка компонентов клетки. Аутофагия может быстро обеспечить организм энергией, избавить его от ненужных органелл и обеспечить строительным материалом для восполнения недостающих компонентов клетки. После попадания в организм инфекции аутофагия помогает вывести из него ткани мертвых клеток и бактерии. Также аутофагия способствует развитию эмбрионов и дифференциации клеток, удаляя отработавший материал.

Аутофагия трудна для изучения, и до классических опытов профессора Осуми на культурах дрожжей, проведенных в 1990-х гг., ее генный механизм не был изучен. «Открытия Осуми привели к смене парадигмы в области понимания механизма переваривания клеткой собственного содержимого. Его открытия открыли путь к пониманию фундаментальной роли аутофагии во множестве физиологических процессов, в частности адаптации к голоданию и реакции на инфекции. Мутации в генах, ответственных за аутофагию, оказались причиной заболеваний, а сам процесс — важным компонентом раковых заболеваний и заболеваний нервной системы», — пишет Нобелевский комитет.

🧬🍎Нобелевское открытие, которое поможет похудеть

В 2016 году японский ученый Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за открытие механизмов аутофагии, на принципах которого строится интервальное голодание. Оно не только помогает похудеть, но и омолаживает организм и предотвращает некоторые болезни. Сегодня разбираемся в интервальном голодании и в том, как его правильно придерживаться.

Ёсинори Осуми

Немного истории про аутофагию

Простыми словами аутофагия – это способность клетки перерабатывать свое содержимое и избавляться от ненужного. Процесс аутофагии известен уже на протяжении 50 лет, но только после открытия Ёсинори Осуми он обрел огромную значимость для физиологии и медицины.

Слово «аутофагия» происходит от греческого «auto», означающего «я», и «phagein», что означает «есть». Таким образом, аутофагия – это «самопоедание». Эта концепция возникла в 1960-х годах, когда исследователи впервые обнаружили, что клетка может разрушать свое собственное содержимое. На протяжении многих лет исследования не давали никаких результатов, пока в начале 1990-х годов Ёсинори Осуми не использовал странный метод. Он изучал не какую-то болезнь, людей или хотя бы животных. Его внимание было охвачено обычными пекарскими дрожжами, в которых он обнаружил те же гены, что и в клетке человека или животного – всех организмов, клетки которых содержат ядро. Ученый продолжил выяснять основные механизмы аутофагии у дрожжей и показал, что аналогичные сложные процессы происходят и в наших клетках.

Нужно голодать не менее 14 часов, чтобы запустить процесс аутофагии

Как это связано с интервальным голоданием

Самым непосредственным образом. Аутофагия возникает, когда клетка испытывает стресс – то есть краткосрочное голодание или ощутимое снижение калорий. Объясняется это следующим: в периоды отказа от пищи уровень глюкозы в крови падает, а значит, снижается и выработка инсулина, отвечающего за ее транспортировку к тканям. Для организма человека это значит, что поступление питательных веществ прекратилось и необходимо переключиться в режим выживания — начинается выработка глюкагона. Основная функция этого гормона — стимуляция аутофагии. Это защитная реакция организма по переработке «отслуживших свой срок» клеток для получения питательных веществ «изнутри». Считается, что необходимо голодать не менее 14 часов, чтобы запустился процесс аутофагии.

Польза аутофагии для похудения и здоровья

Самая очевидная польза состоит в том, что при процессе аутофагии происходит омолаживание клеток за счет их «очищения» и выведения всего ненужного. Также ученые во главе с Ёсинори Осуми утверждают, что аутофагия предотвращает возникновение и развитие болезни Альцгеймера, сахарного диабета и рака, что они собираются подтвердить на проводимых исследованиях. И, если в будущем найдется ученый, который придумает, как активировать аутофагию в раковых клетках, то мы можем получить ценный подход для лечения рака.

Кроме того, исследования показывают, что при голодании в течение 12–72 часов ускоряется метаболизм, что связано с выработкой стрессового гормона норадреналина, отвечающего за чувство голода. А еще при краткосрочном голодании для получения энергии из жировой массы повышается уровень гормона роста, что позитивно влияет на рост мышц. Не говоря уже о том, что при стабильном интервальном голодании и сбалансированном питании вы неизбежно избавитесь от лишних килограммов. Так что, просто пропустив один прием пищи, можно получить множество пользы.

Выберите для себя оптимальный вариант интервального голодания

Варианты интервального голодания

Самый популярный вариант – это 16:8, при котором 8 часов отводится на потребление пищи и 16 – на голодание. То есть вы пропускаете завтрак, начиная сразу с обеда в 12-13 и ужиная в 20. Тем же, кто не представляет свою жизнь без завтрака, придется отказаться от вечернего приема пищи.

Следующий вариант – 18:6, при котором потребление пищи сокращается еще на два часа и составляет уже 6 часов, за которые нужно поесть два раза с возможным перекусом.

Третий вариант, который советуют использовать только тем, кто уже какое-то время придерживается интервального голодания, — это 20:4, где пищевое окно длится всего лишь 4 часа. Здесь уже становится трудно психологически не есть так долго, даже если при этом вы не испытываете голод.

Кроме того, существуют голодание в 24 часа (когда вы едите один раз в сутки) или 36 часов (вы едите, например, вечером воскресенья и в следующий раз – только утром вторника). Такие голодания подойдут лишь тем, кто давно «в теме» интервального голодания и проконсультировался с врачом.

Противопоказания к интервальному голоданию

При большом количество плюсов не стоит забывать, что у данного режима есть множество противопоказаний, и вот некоторые из них:

  1. Дефицит массы тела (более 15% ниже нормы)
  2. Активный туберкулез легких и других органов
  3. Сахарный диабет I типа
  4. Тиреотоксикоз (заболевание щитовидной железы)
  5. Нарушения сердечного ритма и (или) проводимости сердца любого генеза (блокады узлов сердца II или III степени, мерцательная аритмия). При таких заболеваниях голодать можно, но с медицинским контролем и с контролем калия и магния в анализах крови до и во время голоданий
  6. Состояние после перенесенного крупноочагового инфаркта миокарда
  7. Сердечно-сосудистая недостаточность II Б — III степени
  8. Хронический гепатит и цирроз печени
  9. Хроническая почечная и почечная недостаточность любого генеза
  10. Тромбофлебит — во время голоданий повышается уровень тромбоцитов, и тогда голодать можно на фоне приёма средств, разжижающих кровь (например, аспирин)
  11. Гипотония (пониженное артериальное давление). У гипотоников возможны обмороки во время голоданий, а это чревато опасными травмами
  12. Желчно-каменная болезнь. Голодания повышают риск образования новых камней в желчном пузыре при нарушении оттока желчи.
Относитесь с умом к любому голоданию - изучите вопрос

Неправильное использование голодания

Стоит помнить о том, что в первую очередь интервальное голодание – это не диета, и основная его цель – не похудение, а омоложение организма и предупреждение развития многих болезней. Интервального голодания стоит придерживаться с умом – нельзя сильно сокращать количество потребляемых калорий и нельзя морить себя голодом, от которого вы будете буквально валиться с ног. Нужно следить за своим состоянием и совершать любое действие со своим организмом, которое пойдет ему исключительно на пользу. Не забудьте о том, что при изменении питания необходима консультация со врачом.

А вы бы смогли попробовать интервальное голодание? Узнайте это у своих друзей и знакомых по сервису invme и попробуйте вместе. А, может, просто отказаться заедать стресс? Мы рассказали, как это сделать.

Ученые Пущино выяснили, как опухолевые клетки погибают от перспективного лекарства и витамина B12

В новом исследовании учёные решили выяснить, как именно, благодаря какому механизму погибают опухолевые клетки под воздействием DDC + B12b. Результаты этой объёмной работы опубликованы в самом начале 2020 года в международном журнале «Biomolecules» при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-75-20145).

Было обнаружено, что гибель опухолевых клеток, вызванная DDC в сочетании с витамином B12b, отличается от наиболее распространённых типов, а именно апоптоза, аутофагии и некроза. Апоптоз и аутофагия – это регулируемые формы клеточной гибели, которые необходимы организму для удаления от поврежденных или ненужных клеток аккуратным, щадящим образом, в отличие от стремительной некротической гибели клеток, сопровождаемой неблагоприятными воспалительными реакциями. Однако некоторые опухолевые клетки приобретают защиту от апоптоза и аутофагии. Полученные авторами результаты показывают, что витамин В12 в сочетании с веществом DDC, позволяет преодолевать защиту опухолевых клеток от апоптоза и аутофагии, запуская другой механизм регулируемой клеточной гибели — параптоз. В результате параптоза в клетке образуются гигантские вакуоли, которые механически ломают цитоскелет, митохондриальную систему энергообеспечения, что, в конечном счете, и приводит к клеточной гибели.

Автор статьи, кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории тканевой инженерии ИТЭБ РАН, Марина Соловьева: — Ранее мы показали, что витамин B12 значительно увеличивает токсичность DDC для опухолевых клеток и что это увеличение связано с образованием сульфонов и сульфоксидов вещества дисульфирама (DSF) из DDC, которое протекает при наличии B12. В настоящей работе мы приводим расширенные данные о повышенном цитотоксическом эффекте DDC в сочетании с B12 на опухолевые клетки. Таким образом, по итогам исследования мы предложили механизм цитотоксического действия DDC+ B12, подробно описанный в статье и кратко представленный на рисунке.

Практическое приложение данной работы состоит в том, что на основе сочетания В12+DDC могут разрабатываться новые подходы для лечения злокачественных заболеваний, резистентных к индукторам апоптоза и аутофагии.

Что такое аутофагия? И как с ее помощью похудеть?

Прямо-таки чудодейственный метод избавиться от лишних килограммов и омолодить свой организм. Но так ли это на самом деле? Давайте разбираться!

Аутофагия – способность клетки поглощать собственные составные компоненты. Это естественный защитный механизм, который позволяет малым частицам приспособится к новым условиям существования. Например, аутофагия включается, когда клетке не хватает питательных элементов. Стоит сказать, что это малоизученный процесс, природу которого ученые только пытаются разгадать. Но вместе с этим многие активно используют результаты, которые дает аутофагия. К ним относится потеря веса и омоложение.

Научное обоснование

Первое научное исследование, посвященное аутофагии, состоялось в 2017 году и закончилось тем, что автор проекта получил Нобелевскую премию. Революционное открытие в медицине и физиологии принадлежит японцу Ёсинори Осуми.

Однако популяризатором считается Алексей Москалев, который написал книгу “Кишечник долгожителя”. Она полностью посвящена аутофагии и тому, как ее можно использовать. В книге приводятся выдержки из лекций Осуми, которые прошли Международном генетическом конгрессе, где японец презентовал собственные опыты.

Ученый поместил клетки дрожжей в экстремальные условия. У них был пониженный запас глюкозы – основного источника питания. “Голодовка” заканчивалась тем, что клетки начинали поедать себя. Вот только в первую очередь уничтожались участки, пораженные болезнями, а также старые и ороговевшие частицы. К поврежденным участкам относились скопления окисленных белков, дефектные органеллы. Все это приводило к комплексному омоложению. При восстановлении питания клетки чувствовали себя гораздо лучше, чем в начале эксперимента. Но если голодание продолжалось, организм погибал, переваривая сам себя.

Человек и аутофагия

Клетки человека и дрожжей имеют подобную структуру, а процессы, которые в них протекают, практически идентичны. Аутофагия – генетически заложенная способность. Запустить ее может недостаток аминокислот – органические соединения, которые встречаются в белках. Их важность доказывает то, что 20 аминокислот формирует генетический код.

Недостаток следующих аминокислот запускает аутофагию:

  • лейцин,
  • метионин,
  • аргинин,
  • лизин.

Все они есть в белках только животного происхождения, то есть мясе. Поэтому, если отказаться от них и перейти на растительные белки (бобовые), то запуститься процесс аутофагии. Для человека польза будет заключаться в следующем:

  • потеря лишнего веса,
  • омоложение и замедление старения,
  • обновление тканей (мышечных, хрящевых, костных),
  • снижение рисков онкологических заболеваний,
  • оздоровление сердечно-сосудистой системы,
  • снижение рисков заболеваний нервной системы.

Аутофагия на практике

Цель запуска аутофагии – добиться, чтобы клетки использовали не внешние источники питания, а свои собственные. При этом “в расход” должны идти только поврежденные и дефектные кусочки. Все молодое и здоровое мобилизуется и формирует обновленный вариант клетки.

Прежде чем перейти к практическим советам, стоит сделать предупреждение о вреде чрезмерного увлечения. Если недоедать постоянно, лишить себя жизненно необходимых аминокислот, то можно заработать серьезные заболевания. Аутофагия – это курс оздоровления, но никак не образ жизни.

Запуск процессов аутофагии достигается за счет лечебного голодания. Ограничение в пище может быть полезным, и этим занимались задолго до того, как был открыт процесс обновления клеток. Приверженцы такого образа жизни практикуют два способа голодания:

  1. Периодическое.
  2. Пролонгированное.

Оба способа предполагают обильное питье чистой воды.

Периодическое голодание

Прерывистое или периодическое голодание предполагает отказ от пищи в течении нескольких часов в день. Например, можно не есть 12 часов в сутках, отводя на прием пищи промежуток с 8:00 до 20:00. Это минимальный план — желательно увеличить окно для аутофагии до 18 часов. На практике это означает, что есть, например, можно с 12:00 и до 18:00. Каждый может индивидуально подстроить график под себя.

Пролонгированное голодание

Длительное голодание предполагает отказ от пищи на 1-2 дня. После этого необходимо минимум неделю есть в обычном ритме. Такой режим питания подходит только для физически здоровых людей средней возрастной категории. Детям, подросткам и людям старше 60 лучше избегать пролонгированного голодания. Рекомендуется пройти консультацию у врача с целью снижения рисков. Также стоит учитывать, что резкий переход – это не лучший способ начать знакомство с аэрофагией. Новичкам не рекомендуется без подготовки голодать несколько дней, даже в лечебных целях.

Результаты

Пустой желудок способствует тому, что прочищается голова. Ограничивая себя в еде, можно заметить, насколько проще становиться думать. Все это благодаря ускорению когнитивных реакций и улучшению работы нервных окончаний.

Замечается, что опухоли становятся чувствительнее к терапии, а ткани — к инсулину. Это незаменимо для диабетиков и онкобольных.

Голодание снижает давление и ЧСС, стимулирует иммунную систему, улучшает состав крови.

Нельзя не сказать о потере лишнего веса. Во время голодания включаются не только процессы аутофагии, но и сжигания жировой ткани, что приводит к похудению. При этом вес не возвращается, так как он был правильно сожжен.

Как запустить аутофагию без голодания

Не все готовы отказаться от пищи, поэтому есть и более щадящие, хоть и не такие эффективные методы запуска аутофагии. Уже указывалось про роль в этом процессе белков животного происхождения. Нв время можно отказаться от мяса и молочных продуктов, то есть стать вегетарианцем. При этом можно употреблять в пищу все виды бобовых, которые богаты растительным белком.

Также рекомендуется употреблять в пищу ряд продуктов: горькие огурцы, грейпфруты, зеленый чай, карри, бурый рис, орехи, рыба. Они содержат в себя вещества, которые запускают аутофагию в результате химических реакций. Не рекомендуется использовать в этих же целях медикаментозные препараты, так как надежных исследований в этом поприще еще не было.

Выбрать необходимые продукты, а также сравнить цены удобно на Price.ua

Аутофагия: клеточные и молекулярные механизмы

J Pathol. Авторская рукопись; Доступно в PMC 2010 ноябра 23.12.

Опубликовано в окончательной редактированной форме AS:

PMCID: PMC29

NIHMSID: NIHMS251117

Danielle Glick

1 Ben May May Mipe для исследований рака, Гордон Центр интегративных наук, Чикагский университет, Иллинойс, США

2 Комитет по биологии рака, Центр интегративных наук Гордона, Чикагский университет, Иллинойс, США

Сандра Барт

1 Бен Мэй Отдел исследований рака, Центр интегративных наук Гордона наук, Чикагский университет, Иллинойс, США

Кей Ф.

Macleod

1 Бен Мэй Отдел исследований рака, Центр интегративных наук Гордона, Чикагский университет, Иллинойс, США

2 Комитет биологии рака, Центр интегративных наук Гордона, Чикагский университет, Иллинойс, США

1 Бен Мэй Отдел исследований рака, Центр интегративных наук Гордона, Чикагский университет, Иллинойс, США

2 Комитет биологии рака, Центр интегративных наук Гордона, Чикагский университет, Иллинойс, США

* Корреспонденция: Кей Ф.Macleod, Ben May Department of Cancer Research, Gordon Center for Integrative Sciences, Чикагский университет, Чикаго, IL 60637, США статья.

Abstract

Аутофагия — это процесс самодеградации, важный для балансировки источников энергии в критические периоды развития и в ответ на питательный стресс. Аутофагия также играет вспомогательную роль в удалении неправильно свернутых или агрегированных белков, очищении поврежденных органелл, таких как митохондрии, эндоплазматический ретикулум и пероксисомы, а также в устранении внутриклеточных патогенов. Таким образом, аутофагия обычно рассматривается как механизм выживания, хотя ее дерегуляция связана с неапоптотической гибелью клеток. Аутофагия может быть как неселективной, так и селективной в отношении удаления специфических органелл, рибосом и белковых агрегатов, хотя механизмы, регулирующие аспекты селективной аутофагии, полностью не выработаны. Помимо устранения внутриклеточных агрегатов и поврежденных органелл, аутофагия способствует клеточному старению и представлению антигенов на клеточной поверхности, защищает от нестабильности генома и предотвращает некроз, что придает ей ключевую роль в предотвращении таких заболеваний, как рак, нейродегенерация, кардиомиопатия, диабет, заболевания печени, аутоиммунные заболевания и инфекции.В этом обзоре обобщены самые современные данные о том, как аутофагия осуществляется и регулируется на молекулярном уровне и как ее нарушение может привести к заболеванию.

Ключевые слова: аутофагия, апоптоз, стресс, механизмы, энергия, болезнь, рак, нейродегенерация, инфекция

Что такое аутофагия?

Термин «аутофагия», происходящий от греческого слова «поедание себя», впервые был введен Кристианом де Дювом более 40 лет назад и в значительной степени основывался на наблюдаемой деградации митохондрий и других внутриклеточных структур внутри лизосом. печень крыс перфузировали гормоном поджелудочной железы глюкагоном [1].Механизм глюкагон-индуцированной аутофагии в печени до сих пор полностью не изучен на молекулярном уровне, за исключением того, что он требует индуцированной циклическим АМФ активации протеинкиназы-А и обладает высокой тканеспецифичностью [2]. В последние годы научный мир «заново открыл» аутофагию, при этом большой вклад в наше молекулярное понимание и оценку физиологического значения этого процесса поступил из многочисленных лабораторий [3–6]. Хотя важность аутофагии хорошо известна в системах млекопитающих, многие механистические прорывы в определении того, как аутофагия регулируется и осуществляется на молекулярном уровне, были сделаны у дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ) [3,7].В настоящее время с помощью генетического скрининга у дрожжей идентифицировано 32 различных гена, связанных с аутофагией (Atg), и, что важно, многие из этих генов сохраняются у слизевиков, растений, червей, мух и млекопитающих, что подчеркивает важность аутофагического процесса в реакциях. к голоданию в филогенезе [3].

Существует три определенных типа аутофагии: макро-аутофагия, микро-аутофагия и аутофагия, опосредованная шаперонами, все из которых способствуют протеолитической деградации цитозольных компонентов в лизосомах.Макро-аутофагия доставляет цитоплазматический груз в лизосому через посредство двухмембранного пузырька, называемого аутофагосомой, который сливается с лизосомой с образованием аутолизосомы. При микроаутофагии, напротив, цитозольные компоненты непосредственно поглощаются самой лизосомой посредством инвагинации лизосомной мембраны. Как макро-, так и микроаутофагия способны поглощать большие структуры с помощью как селективных, так и неселективных механизмов. При шаперон-опосредованной аутофагии (CMA) белки-мишени перемещаются через лизосомальную мембрану в комплексе с белками-шаперонами (такими как Hsc-70), которые распознаются лизосомальным мембранным рецептором, ассоциированным с лизосомальным мембранным белком 2A (LAMP-2A), что приводит к их разворачиванию и деградации [8]. В связи с недавним возросшим интересом именно к макроаутофагии и ее роли в заболевании, в этом обзоре основное внимание уделяется молекулярным и клеточным аспектам макроаутофагии (далее называемой «аутофагией») и тому, как она регулируется как в нормальных, так и в патологических условиях ().

Таблица 1

Модели мышей с дефицитом аутофагии и болезни человека, связанные с дефектами в определенных генах аутофагии Каталожные номера АТГ16Л/Атг16Л 32 – 35 ATG16L Комплексы с сопряженным ATG5-ATG12 для продвижения расширения и кривизны зарождаемого Phagophore T300A мутация в ATG16L , связанные с болезнью Crohn, обнаружены GWAS Потеря ATG16L1 ингибирует аутофагию в пантеле клеток, уменьшение секреция гранул антимикробных пептидов, влияющих на микробиоту кишечника и вызывающих усиление воспаления BECN1/Becn1 16,17 Beclin1 регулирует киназную активность Vps34 в ER; комплекс включает регуляторные компоненты UVRAG, Atg14L, Rubicon и Ambra BECN1 моноаллельно делетируется при раке молочной железы, яичников и простаты Becn1 -нулевые мыши эмбрионально летальны, демонстрируя дефект кавитации бластоцисты. Becn1 гетерозигот предрасположены к лимфоме, гепатоцеллюлярной карциноме и другим видам рака УВРАГ/Увраг 18 Комплексы UVRAG с Beclin1 и Vps34 в ER способствуют аутофагии UVRAG моноаллельно делетируется при раке толстой кишки IRGM/IRGM 36 ГТФаза, связанная с иммунитетом, стимулирует аутофагию и способствует элиминации патогенных бактерий КЛН3/Клн3 45 Связаны с аппаратом Гольджи, эндосомами и липидными рафтами и могут играть роль в транспорте церамидов и других сфинголипидов к липидным рафтам , который способствует слиянию аутофагосом с лизосомой Незрелые аутофагосомы в тканях мышей с нокаутом мутантных форм Cln3 Паркин 63,64 Убиквитинлигаза Е3, локализующаяся в митохондриях и необходимая для митофагии . Мутации нескольких генов связаны с БП, включая паркин Н/Д p62/SQSTM1 39,49,50,52,53 Многофункциональный адаптерный белок, который способствует обороту полиубиквитинированных белковых агрегатов посредством взаимодействия с LC3 в аутофагосоме обмен приводит к аномальной архитектуре кости.Связанный с нарушением регуляции передачи сигналов NF-κB и сниженным оборотом убиквитинированных белков p62 -null мыши устойчивы к канцерогенезу легкого Rasdriven. Потеря p62 предотвращает накопление убиквитин-положительных белковых агрегатов в печени и нейронах Atg7 -дефицитных мышей Лампа2 46 Лизосомальный мембранный белок, необходимый для слияния аутофагосомы с лизосомой скелетная миопатия, периодонтит, связанный с воспалением из-за нарушения клиренса внутриклеточных патогенов

Основной механизм аутофагии

вклад вносят эндоплазматический ретикулум (ER) и/или транс-Гольджи и эндосомы [9,10], хотя точное происхождение фагофора в клетках млекопитающих остается спорным. Этот фагофор расширяется, поглощая внутриклеточный груз, такой как белковые агрегаты, органеллы и рибосомы, тем самым изолируя груз в двухмембранной аутофагосоме [5]. Нагруженная аутофагосома созревает за счет слияния с лизосомой, способствуя деградации содержимого аутофагосомы лизосомальными кислыми протеазами. Лизосомальные пермеазы и транспортеры экспортируют аминокислоты и другие побочные продукты деградации обратно в цитоплазму, где они могут быть повторно использованы для построения макромолекул и метаболизма [5].Таким образом, аутофагию можно рассматривать как клеточную «фабрику по переработке», которая также способствует повышению энергоэффективности за счет образования АТФ и опосредует контроль повреждений путем удаления нефункциональных белков и органелл.

Молекулярные схемы и сигнальные пути, регулирующие аутофагию. Аутофагия представляет собой сложный процесс самодеградации, который включает следующие ключевые этапы: (а) контроль образования фагофора с помощью Beclin-1/VPS34 на ER и других мембранах в ответ на сигнальные пути стресса; (б) конъюгация Atg5–Atg12, взаимодействие с Atg16L и мультимеризация на фагофоре; (c) процессинг LC3 и встраивание в расширяющуюся мембрану фагофора; (d) захват случайных или селективных мишеней для деградации, завершение аутофагосомы, сопровождающееся рециркуляцией некоторого количества LC3-II/ATG8 с помощью ATG4, с последующим; (e) слияние аутофагосомы с лизосомой и протеолитическая деградация лизосомными протеазами поглощенных молекул. Аутофагия регулируется важными сигнальными путями в клетке, включая киназы, сигнализирующие о стрессе, такие как JNK-1, которая способствует аутофагии путем фосфорилирования Bcl-2, тем самым способствуя взаимодействию Beclin-1 с VPS34 [31]. Возможно, центральной сигнальной молекулой, определяющей уровень аутофагии в клетках, является киназа mTOR, которая, вероятно, опосредует свои эффекты на аутофагию посредством ингибирования комплексов ATG1/Ulk-1/-2 на самых ранних стадиях образования фагофора из липидных бислоев [6].mTOR играет ключевую роль в интеграции метаболических сигналов, сигналов фактора роста и энергии на уровни как аутофагии, с одной стороны, которая ингибируется mTOR при избытке питательных веществ, так и, с другой стороны, активности, стимулирующей рост, включая трансляцию белка, которая стимулируются передачей сигналов mTOR [16]. Аутофагия индуцируется гипоксией и низкими уровнями цитозольного АТФ, которые питаются через REDD1 и AMP-киназу, чтобы ингибировать активность mTOR за счет снижения активности Rheb GTPase. И наоборот, аутофагия ингибируется повышенной передачей сигналов фактора роста через рецептор инсулина и его адаптер IRS1, а также другие рецепторы фактора роста, которые активируют группу PI3-киназ класса I и Akt, чтобы стимулировать активность mTOR посредством ингибирования TSC1/TSC2. и повышенная активность Rheb GTPase [16,73].

Как организован этот сложный процесс на молекулярном уровне? Выделяют пять ключевых стадий (): (а) образование или зародышеобразование фагофора; (б) конъюгация Atg5–Atg12, взаимодействие с Atg16L и мультимеризация на фагофоре; (c) процессинг LC3 и встраивание в расширяющуюся мембрану фагофора; (d) захват случайных или выборочных целей для деградации; и (e) слияние аутофагосомы с лизосомой с последующей протеолитической деградацией лизосомными протеазами поглощенных молекул.

Формирование фагофора находится под контролем множественных сигнальных событий

Формирование фагофорной мембраны у дрожжей формируется в цитозольной структуре, известной как преаутофагосомная структура (PAS), или организовано вокруг нее, но доказательств наличия PAS у дрожжей нет. млекопитающие [7]. В клетках млекопитающих мембраны фагофоров, по-видимому, инициируются в первую очередь из ЭР [11,12] в динамическом равновесии с другими цитозольными мембранными структурами, такими как транс-Гольджи и поздние эндосомы [5,9,13] и, возможно, даже происходят из мембраны ядерная оболочка в ограниченных условиях [14].Однако, учитывая относительное отсутствие трансмембранных белков в аутофагосомных мембранах, пока невозможно полностью исключить образование мембран de novo из цитозольных липидов в клетках млекопитающих. Активность киназы Atg1 в комплексе с Atg13 и Atg17 необходима для образования фагофора у дрожжей, возможно, путем регуляции рекрутирования трансмембранного белка Atg9, который может действовать, способствуя рекрутированию липидов на расширяющийся фагофор [7,10,15]. Этот этап регулируется чувствительной к энергии TOR киназой, которая фосфорилирует Atg13, предотвращая его взаимодействие с Atg1 [16] и делая инициацию аутофагии чувствительной к фактору роста и доступности питательных веществ. Ulk-1, гомолог Atg1 у млекопитающих, имеет решающее значение для аутофагии в созревающих ретикулоцитах [17], но еще предстоит определить, действует ли Ulk-1 или действительно Ulk-2 (второй гомолог Atg1) аналогично в стимулировании аутофагии в системах млекопитающих. . Эти ранние этапы образования фагофоров в системах млекопитающих являются областью, которая требует более тщательного изучения и, вероятно, приведет ко многим важным открытиям, учитывая, что эти процессы жестко регулируются у дрожжей и являются связующим звеном для передачи сигналов в высших системах.

Роль киназ класса III PI-3, особенно Vps34 (сортировка везикулярных белков 34) и ее партнера по связыванию Atg6/Beclin-1, в формировании фагофора и аутофагии относительно хорошо изучена в системах млекопитающих. Vps34 участвует в различных процессах сортировки мембран в клетке, но избирательно участвует в аутофагии при образовании комплекса с Beclin-1 и другими регуляторными белками [18]. Vps34 уникален среди PI3-киназ тем, что использует только фосфатидилинозитол (PI) в качестве субстрата для образования фосфатидилинозитолтрифосфата (PI3P), который необходим для удлинения фагофора и рекрутирования других белков Atg на фагофор [6]. Взаимодействие Beclin-1 с Vps34 способствует его каталитической активности и увеличению уровней PI3P, но как это регулируется в ответ на передачу сигналов голодания, еще не выяснено.

Беклин-1 моноаллельно удален при раке молочной железы, яичников и предстательной железы человека, что побудило различных биологов-онкологов предположить, что аутофагия обладает свойствами подавления опухолей [19]. Последовательно, в то время как мыши с отсутствием Beclin-1 являются эмбриональными летальными [20], гетерозиготные мыши Beclin-1 предрасположены к лимфоме, гепатоцеллюлярной карциноме и другим видам рака [21].Было постулировано, что аутофагия предотвращает онкогенез за счет ограничения некроза и воспаления, вызывая остановку клеточного цикла и предотвращая нестабильность генома [22,23]. Также недавно было показано, что аутофагия необходима для ключевых аспектов фенотипа стареющих клеток [24], которые, как известно, обладают противоопухолевым действием. Однако другие утверждают, что в качестве механизма выживания клеток аутофагия может способствовать лекарственной устойчивости и адаптации опухолевых клеток к стрессу [25]. В конечном счете, роль аутофагии при раке может зависеть от типа клеток и/или стадии.

Дополнительный комплекс регуляторных белков с Vps34 и Beclin-1 в ER и ядерный фагофор для стимулирования аутофагии, такой как UVRAG, BIF-1, Atg14L и Ambra [21,26], или для ингибирования аутофагии, такой как Rubicon и Bcl -2 [27–29]. Было показано, что, как и Beclin-1, UVRAG моноаллельно удален при раке человека [21]. Точный субъединичный состав комплексов в ER, содержащих Vps34 и Beclin-1, определяется сигнальными событиями в клетке, которые еще предстоит полностью выяснить, но во многих случаях чувствительны к доступности питательных веществ в микроокружении.Одним хорошо охарактеризованным регуляторным событием является взаимодействие Beclin-1 с Bcl-2, которое нарушает взаимодействие Beclin-1 с Vps34 [29,30]. Таким образом, активность Beclin-1 в аутофагии ингибируется взаимодействием с Bcl-2 (и Bcl-X L ) в ER [30]. Это взаимодействие опосредуется доменом Bh4 в Beclin-1 и нарушается Jnk1-опосредованным фосфорилированием Bcl-2 в ответ на индуцированную голоданием передачу сигналов, что позволяет протекать аутофагии [31]. Таким образом, Bcl-2 играет двойную роль в определении жизнеспособности клеток, которая может зависеть от его внутриклеточной локализации: (а) функция про-выживания в митохондриях, ингибирующая высвобождение цитохрома c , тем самым блокируя апоптоз; и (b) ингибирующая аутофагию активность в ER, опосредованная взаимодействием с Beclin1, что может привести к неапоптотической гибели клеток [29].Взаимодействие между аутофагией и апоптозом выходит за рамки регуляции Beclin1 и Bcl-2. Например, кальпаин-опосредованное расщепление Atg5 блокирует его активность в аутофагии, вызывает его перемещение в митохондрии, где его взаимодействие с Bcl-X L приводит к высвобождению цитохрома c , активации каспазы и апоптозу [32]. То, как баланс между аутофагией и апоптозом определяется в клеточном ответе на специфические стрессы, является областью исследований, представляющей исключительный интерес, учитывая ее актуальность для прогрессирования заболевания и лечения, но опять же это область, которая не решена [33].

Конъюгация Atg5-Atg12

Существуют две убиквитин-подобные системы, которые являются ключевыми для аутофагии [5,34], действующие на стадии конъюгации Atg5-Atg12 и на стадии процессинга LC3 (см. ниже). В первой из этих систем Atg7, действующий как фермент, активирующий убиквитин E1, активирует Atg12 АТФ-зависимым образом, связываясь с его карбоксиконцевым остатком глицина. Затем Atg12 переносится на Atg10, E2-подобный белок-носитель убиквитина, который усиливает ковалентную связь Atg12 с лизином 130 Atg5.Конъюгированные комплексы Atg5–Atg12 в парах с димерами Atg16L образуют мультимерный комплекс Atg5–Atg12–Atg16L, который ассоциируется с удлиняющимся фагофором. Ассоциация комплексов Atg5-Atg12-Atg16L, как полагают, вызывает искривление растущего фагофора за счет асимметричного рекрутирования процессированных LC3B-II (см. ниже). Конъюгация Atg5-Atg12 не зависит от активации аутофагии, и как только аутофагосома сформирована, Atg5-Atg12-Atg16L диссоциирует от мембраны, что делает конъюгированные Atg5-Atg12 относительно плохим маркером аутофагии [35]. Интересно, что полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) связывают мутацию (T330A) в ATG16L с болезнью Крона, прогрессирующим воспалительным заболеванием кишечника у людей [36,37]. Потеря функционального Atg16L у мышей блокировала аутофагию в клетках Панета кишечника, что приводило к повышенной активации воспаления и аберрантной продукции воспалительных цитокинов после заражения макрофагов с дефицитом Atg16L бактериальным эндотоксином, а также к снижению секреции антимикробных пептидов клетками Панета кишечника у мышей с гипоморфией Atg16L [38, 39].Аналогичные изменения в продукции гранул клеток Панета наблюдались у пациентов с болезнью Крона с мутацией ATG16L, и предполагается, что это изменит разнообразие кишечной микробиоты [39]. Локус IRGM также был связан с болезнью Крона с помощью GWAS, и, хотя специфическая функция ГТФазы IRGM в аутофагическом обороте внутриклеточных бактерий не ясна, сниженная экспрессия IRGM при болезни Крона, по-видимому, связана с идентифицированным SNP в его вышестоящие регуляторные последовательности [40].

Процессинг LC3

Второй убиквитин-подобной системой, участвующей в формировании аутофагосом, является процессинг легкой цепи белка 3, ассоциированного с микротрубочками (LC3B), который кодируется гомологом Atg8 у млекопитающих.LC3B экспрессируется в большинстве типов клеток в виде полноразмерного цитозольного белка, который после индукции аутофагии протеолитически расщепляется Atg4, цистеиновой протеазой, с образованием LC3B-I. Карбоксиконцевой глицин, подвергающийся воздействию Atg4-зависимого расщепления, затем активируется АТФ-зависимым образом с помощью E1-подобного Atg7 способом, подобным тому, который осуществляется Atg7 на Atg12 (см. выше). Затем активированный LC3B-I переносится на Atg3, другой E2-подобный белок-носитель, прежде чем фосфатидилэтаноламин (PE) конъюгируется с карбоксиглицином для получения обработанного LC3B-II.Рекрутирование и интеграция LC3B-II в растущий фагофор зависит от Atg5-Atg12, а LC3B-II обнаруживается как на внутренней, так и на внешней поверхности аутофагосомы, где он играет роль как в гемислиянии мембран, так и в выборе груза для деградации. . Синтез и процессинг LC3 увеличиваются во время аутофагии, что делает его ключевым показателем уровней аутофагии в клетках [35]. Родственная молекула GABARAP [γ-аминомасляный тип A (GABA A )-рецептор-ассоциированный белок] подвергается аналогичному процессингу во время аутофагии, и GABARAP-II совместно локализуется с LC3-II в аутофагосомах [34].Значение родственных LC3 молекул в аутофагии неясно, хотя постулируется, что различия в их межбелковых взаимодействиях могут определять, какой груз выбирается для захвата аутофагосомой [41].

Отбор или нет груза для деградации?

В целом, аутофагию рассматривают как случайный процесс, поскольку он, по-видимому, поглощает цитозоль без разбора. Электронные микрофотографии часто показывают аутофагосомы с различным содержимым, включая митохондрии, ER и мембраны Гольджи [42].Однако накапливаются доказательства того, что растущая мембрана фагофора может избирательно взаимодействовать с белковыми агрегатами и органеллами. Предполагается, что LC3B-II, действуя как «рецептор» на фагофоре, взаимодействует с «адапторными» молекулами на мишени (например, белковыми агрегатами, митохондриями), способствуя их избирательному поглощению и деградации. Лучше всего в этом отношении охарактеризована молекула p62/SQSTM1, многофункциональная адапторная молекула, которая способствует обороту агрегатов полиубиквитинированного белка.Мутация p62/SQSTM1 связана с болезнью Педжета, при которой аномальный обмен костей приводит к деформации костей, артриту и повреждению нервов [43]. Остеокласты у таких людей демонстрируют нарушение регуляции передачи сигналов NF-κB и накопление убиквитинированных белков, что согласуется с ключевой ролью аутофагии в нормальном развитии и функционировании кости. Другие молекулы, такие как NBR1, функционируют подобно p62/SQSTM1, способствуя обороту убиквитинированных белков, в то время как у дрожжей Uth2p и Atg32 были идентифицированы как белки, которые способствуют избирательному захвату митохондрий, процессу, известному как митофагия [34,44].

Слияние с лизосомой

Когда аутофагосома завершает слияние расширяющихся концов мембраны фагофора, следующим шагом к созреванию в этом процессе самодеградации является слияние аутофагосомы со специализированным эндосомальным компартментом, которым является лизосома, с образованием «аутолизосома» [5]. Были различные предположения, что слияние аутофагосомы с ранней и поздней эндосомами до слияния с лизосомой доставляет груз, а также доставляет компоненты механизма слияния мембран и снижает рН аутофагической везикулы перед доставкой лизосомальных кислых протеаз. 45].Этот аспект процесса относительно малоизучен, но требует небольшого G-белка Rab7 в его GTP-связанном состоянии [46,47], а также белка Presenilin, который участвует в развитии болезни Альцгеймера [45]. Цитоскелет также играет роль в формировании аутолизосом, поскольку такие агенты, как нокадазол, являющиеся ядами микротрубочек, блокируют слияние аутофагосомы с лизосомой [48]. Внутри лизосом катепсиновые протеазы B и D необходимы для оборота аутофагосом и, следовательно, для созревания аутолизосом [49].Lamp-1 и Lamp-2 в лизосомах также имеют решающее значение для функциональной аутофагии, о чем свидетельствует ингибирующий эффект направленной делеции этих белков у мышей на созревание аутолизосом [50]. Интересно, что инактивация LAMP-2 является причинным генетическим поражением, связанным с болезнью Данона у людей, сцепленным с Х-хромосомой заболеванием, вызывающим гипертрофию кардиомиоцитов и накопление аутофагосом в сердечной мышце. Подобные пороки сердца наблюдаются у мышей с нулевым уровнем Lamp-2, а также скелетные аномалии и пародонтит, связанные с воспалением, возникающим из-за неспособности элиминировать внутриклеточные патогены в слизистой оболочке полости рта [50].

Atg5/Atg7-независимая аутофагия

Хотя было показано, что Atg5- и Atg7-зависимая аутофагия имеет решающее значение для выживания в период голодания в первые несколько дней сразу после рождения [51,52], недавние данные выявили альтернативную Atg5/Atg7-независимый путь аутофагии [53]. Этот путь аутофагии не связан с процессингом LC3, но, по-видимому, специфически включает образование аутофагосом из поздних эндосом и транс -Гольджи [53].Atg7-независимая аутофагия была вовлечена в митохондриальный клиренс ретикулоцитов [54], и последовательно было показано, что Ulk-1 (гомолог Atg1 у млекопитающих) необходим как для ретикулоцитарного клиренса митохондрий [17], так и, наряду с Beclin- 1, для Atg5/Atg7-независимой аутофагии [53]. Точная молекулярная основа Atg5/Atg7-независимой аутофагии еще предстоит выяснить.

Селективная аутофагия

Здесь мы более подробно остановимся на селективной аутофагии, учитывая ее значение для невропатий, рака и сердечных заболеваний.Как кратко упоминалось выше, p62/SQSTM1 связывается с полиубиквитинированными белками и агрегирует через свой убиквитин-связывающий домен (UBD) [55], с LC3B-II через его LC3-взаимодействующую область (LIR), но также регулирует передачу сигналов NF-κB посредством взаимодействия с Траф-6 [56]. Когда аутофагия нарушена, как у мышей с целенаправленной делецией Atg7 [52], в клетках накапливаются полиубиквитинированные агрегаты, связанные с p62, и наблюдалось, что комбинированный нокаут Atg7 и p62 «спасает» накопление этих аберрантных цитозольных включений [57]. ].р62 является основным компонентом телец Мэллори в печени, которые накапливаются при гепатоцеллюлярной карциноме человека, где недавняя работа указывает на то, что повышенные уровни р62 играют активную роль в нарушении регуляции передачи сигналов NF-κB и индуцировании онкогенеза, связанного с воспалением [58]. Накопление внутриклеточных агрегатов играет особенно важную роль в этиологии нейродегенеративных заболеваний, включая деменцию, болезни Альцгеймера, Хантингтона, Паркинсона и болезни Крейтцфельдта-Якоба/прионов [4,59,60].Например, повторы полиглутаминовой экспансии, наблюдаемые в мутантном хантингтине (болезнь Хантингтона), мутантных формах α-синуклеина (семейная болезнь Паркинсона) и различных формах тау (болезнь Альцгеймера), зависят от аутофагии в отношении их выведения из нейронов [59, 60]. Следовательно, специфичная для нейронов инактивация ключевых генов аутофагии Atg5 или Atg7 приводит к накоплению внутриклеточных агрегатов и нейродегенерации у мышей [61,62]. Эта относительно недавняя связь между аутофагией и невропатиями вызвала интерес к разработке препаратов, вызывающих аутофагию, для лечения этих изнурительных заболеваний.

Зависимая от аутофагии деградация митохондрий, называемая митофагией, важна для поддержания целостности этих критических органелл и ограничения образования активных форм кислорода [44]. Первым идентифицированным белком, участвующим в митофагии, был Uth2p, белок дрожжей, который необходим для митохондриального клиренса посредством аутофагии, но неизвестно, как Uth2 взаимодействует с аутофагосомой и опосредует митофагию, и нет известных гомологов у млекопитающих [63]. Совсем недавно было обнаружено, что Atg32, заякоренный в митохондриях белок, необходим для митофагии у дрожжей, где он функционирует посредством взаимодействия с Atg8 и Atg11, предполагая, что он функционирует как митохондриальный рецептор для митофагии [64,65].Atg32, как и Uth2, не имеет известных гомологов у млекопитающих, но содержит аминокислотный мотив WXXI, который необходим для взаимодействия с Atg8 и Atg11 и сохраняется в LIR p62 [34]. Другими молекулами, участвующими в митофагии, являются BNIP3L, участвующий в митохондриальном клиренсе в дифференцирующихся эритроцитах [66, 67], Ulk-1, являющийся гомологом Atg1 у млекопитающих [17], и Parkin, кодируемый геном, который генетически связан с болезнью Паркинсона [68]. Parkin представляет собой убиквитинлигазу E3, расположенную на внешней митохондриальной мембране, что позволяет предположить, что ключевые молекулы в митохондриях должны быть убиквитинированы, чтобы способствовать поглощению митохондрий аутофагосомами [69].

И пероксисомы, и рибосомы избирательно удаляются путем аутофагии у дрожжей [3]. Метилотрофные дрожжи используют микропексофагию (прямое поглощение вакуолью) и макропексофагию (аутофагосомная доставка в вакуоль) для удаления пероксисом во время адаптации к альтернативному источнику энергии, в котором Atg30 играет важную роль в качестве адаптера, взаимодействующего с белками пероксисом (Pex3 и Pex14) и с аутофагосомой (Atg11 и Atg17) [70]. Рибосомы также избирательно разрушаются во время голодания (рибофагии), процесса, который зависит от каталитической активности убиквитиновой протеазы Ubp3p/Bre5p [71].По сравнению с дрожжами эти специализированные формы аутофагии недостаточно изучены в системах млекопитающих.

Сигнальные пути, регулирующие аутофагию

Аутофагия активна на базальном уровне в большинстве типов клеток, где постулируется ее роль в поддержании целостности внутриклеточных органелл и белков [72]. Однако аутофагия сильно индуцируется голоданием и является ключевым компонентом адаптивной реакции клеток и организмов на лишение питательных веществ, которая способствует выживанию до тех пор, пока питательные вещества снова не станут доступными.Как индуцируется аутофагия в ответ на сигналы голодания?

Основным игроком в восприятии питательных веществ и в регуляции роста клеток и аутофагии является мишень киназы рапамицина (TOR), которая является контрольной точкой передачи сигналов после передачи сигналов рецептора фактора роста, гипоксии, уровней АТФ и передачи сигналов инсулина. Киназа TOR активируется после киназы Akt, PI3-киназы и рецептора фактора роста, сигнализируя, когда питательные вещества доступны, и действуя, чтобы стимулировать рост посредством индукции экспрессии рибосомного белка и увеличения трансляции белка [73].Важно, что TOR ингибирует аутофагию в таких стимулирующих рост условиях и, хотя это опосредовано его ингибирующим действием на активность киназы Atg1 у дрожжей и Drosophila , пока неясно, как это осуществляется в клетках млекопитающих.

Киназа TOR подавляется сигналами, указывающими на недостаток питательных веществ, включая гипоксию. Выше TOR активация аденозин-5′-монофосфатной (AMP)-активируемой протеинкиназы (AMPK) в ответ на низкие уровни АТФ способствует ингибирующей активности белков-супрессоров опухолей Tsc1/Tsc2 в отношении Rheb, небольшой GTase, необходимой для активности mTOR. 74].Снижение активности Akt в ответ на снижение активности рецептора фактора роста также репрессирует киназу TOR через Tsc1 и Tsc2, в то время как TOR можно искусственно ингибировать путем обработки клеток рапамицином [73]. Таким образом, снижение активности TOR индуцирует аутофагию, снова гарантируя, что клетка адаптируется к изменяющейся среде за счет снижения роста и усиления катаболизма. Основываясь на этих наблюдениях и на том, что TOR находится ниже по течению от онкогенов, таких как Akt , использование рапамицина было протестировано в клинических испытаниях для лечения рака, где предполагается, что он ингибирует рост опухоли, блокируя трансляцию белка и индуцируя аутофагия [75]. Однако TOR может функционировать как каталитический компонент двух различных комплексов, известных как TORC1 и TORC2, и рапамицин, по-видимому, обладает большей ингибирующей активностью в отношении TORC1, что стимулирует поиск так называемых «рапалогов», нацеленных как на TORC1, так и на TORC2 [76]. .

Как уже упоминалось, гипоксия также активирует аутофагию [77] посредством эффектов, которые зависят как от генов-мишеней, индуцированных фактором, индуцируемым гипоксией (HIF) [77], так и через HIF-независимые эффекты, которые, вероятно, опосредованы ингибированием TOR ниже по течению от AMPK , REDD1 и Tsc1/Tsc2 [74,78].Учитывая, что гипоксия индуцирует стресс ЭР за счет реакции развернутого белка и что митохондрии имеют сниженную функцию окислительного фосфорилирования при гипоксии, индукция аутофагии может позволить клетке элиминировать части уплотненного ЭР и уменьшить массу митохондрий в то время, когда кислород не поступает. доступны для приема свободных электронов из дыхательной цепи. Этот адаптивный ответ на гипоксию предотвратит расточительное потребление АТФ в ER и ограничит производство активных форм кислорода в митохондриях.Повышенная аутофагия также позволит клетке генерировать АТФ в результате катаболизма в то время, когда производство АТФ путем окислительного фосфорилирования ограничено.

Конкретные мишени HIF в аутофагии включают BNIP3 и BNIP3L, которые являются неканоническими членами надсемейства регуляторов гибели клеток Bcl-2. Хотя они связаны со смертью клеток, нормальная функция этих белков, по-видимому, заключается в митофагии [79,80]. Как обсуждалось, BNIP3L/NIX играет физиологическую роль в митохондриальном клиренсе из созревающих ретикулоцитов [66,67], в то время как BNIP3 играет аналогичную роль в сердечной и скелетной мышцах в ответ на окислительный стресс [81,82].Степень функциональной избыточности BNIP3 и BNIP3L не установлена, и дифференциальная регуляция их экспрессии может объяснить аспекты их неизбыточности in vivo [83]. Были предложены различные модели для объяснения того, как BNIP3/BNIP3L функционируют в митофагии [83], включая роль BNIP3 в дерепрессии Beclin-1 посредством нарушения его взаимодействия с Bcl-2 [84]. Однако также была продемонстрирована более прямая роль BNIP3L в содействии митохондриальному клиренсу посредством взаимодействия с родственной LC3 молекулой GABARAP [41], в то время как BNIP3 взаимодействует с Rheb, что указывает на дополнительную косвенную роль в индуцированной гипоксией аутофагии [85].

Известно, что аутофагия вызывает остановку клеточного цикла, и, хотя кажется, что это может быть в значительной степени обусловлено вызванным лишением питательных веществ ингибированием активности TOR и последующими эффектами на трансляцию ключевых генов клеточного цикла, таких как циклин D1 [86], это неясно, может ли аутофагия индуцировать остановку клеточного цикла независимо от передачи сигналов TOR. Это область исследований, которая, вероятно, будет представлять повышенный интерес в будущем, учитывая ее важность для понимания того, как и на каких этапах аутофагия действует при прогрессировании опухоли.

Выводы

Остаются специфические проблемы в нашем понимании аутофагии в клетках млекопитающих, включая то, как в первую очередь возникает фагофор, как конкретный груз подвергается деградации и как регулируются альтернативные Atg5/Atg7-независимые механизмы аутофагии. Тем не менее, значение дефектов аутофагии для болезней и старения становится очевидным из растущего числа доказательств, связывающих мутацию или потерю функции ключевых генов аутофагии с раком, невропатиями, сердечными заболеваниями, аутоиммунными заболеваниями и другими состояниями.С точки зрения биолога-онколога остается спорным вопрос о том, является ли аутофагия подавляющей опухоль (за счет остановки клеточного цикла, обеспечения целостности генома и органелл или за счет ингибирования некроза и воспаления) или онкогенной (способствующей выживанию клеток в условиях спонтанного или индуцированного питательный стресс). При других заболеваниях, таких как невропатии (болезни Хантингтона, Альцгеймера и Паркинсона) и ишемическая болезнь сердца, аутофагия более широко признается полезной, учитывая ее роль в устранении «токсических активов» и повышении жизнеспособности клеток. Таким образом, аутофагия стала новым и мощным модулятором прогрессирования заболевания, который интересен как с научной, так и с клинической точки зрения.

Сноски

Учебные материалы

Слайды PowerPoint с рисунками из этого обзора предоставляются в качестве вспомогательной информации в онлайн-версии этой статьи.

Ссылки

1. Deter RL, De Duve C. Влияние глюкагона, индуктора клеточной аутофагии, на некоторые физические свойства лизосом печени крыс.Джей Селл Биол. 1967; 33: 437–449. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]2. Инь XM, Дин WX, Гао В. Аутофагия в печени. Гепатология. 2008; 47: 1773–1785. [PubMed] [Google Scholar]3. Накатогава Х., Судзуки К., Камада Ю., Осуми Ю. Динамика и разнообразие механизмов аутофагии: уроки дрожжей. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009; 10: 458–467. [PubMed] [Google Scholar]5. Мидзусима Н. Аутофагия: процесс и функция. Гены Дев. 2007; 21: 2861–2873. [PubMed] [Google Scholar]6. Се Зи, Клионский DJ. Формирование аутофагосом: основной механизм и приспособления. Nat Cell Biol. 2007; 9: 1102–1109. [PubMed] [Google Scholar]7. Клионский диджей. Аутофагия: от феноменологии к молекулярному пониманию менее чем за десять лет. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007; 8: 931–937. [PubMed] [Google Scholar]8. Сафтиг П., Бертсен В., Эскелинен Э.Л. ЛАМПА-2. Аутофагия. 2008; 4: 510–512. [PubMed] [Google Scholar]9. Акс Э.Л., Уокер С.А., Манифава М., Чандра П., Родерик Х.Л., Хаберманн А. и др. Образование аутофагосом из мембранных компартментов, обогащенных фосфатидилинозитол-3-фосфатом и динамически связанных с эндоплазматическим ретикулумом.Джей Селл Биол. 2008; 182: 685–701. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]10. Симонсен А, Туз С.А. Координация мембранных событий во время аутофагии несколькими комплексами PI3-киназы класса III. Джей Селл Биол. 2009; 186: 773–782. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]11. Хаяши-Нишино М., Фудзита Н., Нода Т., Ямагути А., Йошимори Т., Ямамото А. Субдомен эндоплазматического ретикулума образует колыбель для образования аутофагосом. Nat Cell Biol. 2009; 11:1433–1437. [PubMed] [Google Scholar] 12. Юла-Анттила П., Вихинен Х., Йокитало Э., Эскелинен Э.Л.3D-томография выявляет связи между фагофором и эндоплазматическим ретикулумом. Аутофагия. 2009;5:1180–1185. [PubMed] [Google Scholar] 13. Мидзусима Н, Клионский DJ. Обмен белка через аутофагию: последствия для метаболизма. Энн Рев Нутр. 2007; 27:19–40. [PubMed] [Google Scholar] 14. English L, Chemali M, Duron J, Rondeau C, Laplante A, Gingras D, et al. Аутофагия усиливает презентацию эндогенных вирусных антигенов на молекулах МНС класса I во время инфекции ВПГ-1. Нат Иммунол. 2009; 10: 480–487.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]15. Кунду М., Томпсон С.Б. Макроаутофагия против митохондриальной аутофагии: вопрос судьбы? Дифференциал клеточной смерти. 2005; 12:1484–1489. [PubMed] [Google Scholar] 16. Диас-Троя С., Перес-Перес М.Е., Флоренсио Ф.Дж., Креспо Х.Л. Роль TOR в регуляции аутофагии от дрожжей до растений и млекопитающих. Аутофагия. 2008; 4: 851–865. [PubMed] [Google Scholar] 17. Кунду М., Линдстен Т., Ян С.И., Ву Дж., Чжао Ф., Чжан Дж. и др. Ulk1 играет критическую роль в аутофагическом клиренсе митохондрий и рибосом во время созревания ретикулоцитов.Кровь. 2008; 112:1493–1502. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]18. Бакер Дж. М. Регулирование и функции PI3K класса III: новые роли для Vps34. Биохим Дж. 2008; 410:1–17. [PubMed] [Google Scholar] 19. Лян Х.Х., Джексон С., Симэн М., Браун К., Кемпкес Б., Хибшуш Х. и др. Индукция аутофагии и ингибирование онкогенеза беклином1. Природа. 1999; 402: 672–676. [PubMed] [Google Scholar] 20. Qu X, Zou Z, Sun Q, Luby-Phelps K, Cheng P, Hogan RN, et al. Зависимый от гена аутофагии клиренс апоптотических клеток во время эмбрионального развития.Клетка. 2007; 128:931–946. [PubMed] [Google Scholar] 21. Лян С., Фэн П., Ку Б., Дотан И., Ханаани Д., О Б.Х. и др. Аутофагическая и супрессорная активность нового Beclin1-связывающего белка UVRAG. Nat Cell Biol. 2006; 8: 688–699. [PubMed] [Google Scholar] 22. Дегенхардт К., Мэтью Р., Бодуан Б., Брей К., Андерсон К.Л., Чен Г. и др. Аутофагия способствует выживанию опухолевых клеток и ограничивает некроз, воспаление и онкогенез. Раковая клетка. 2006; 10:51–64. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]23. Каранца-Уодсворт В., Патель С., Кравчук О., Чен Г., Мэтью Р., Джин С. и др.Аутофагия смягчает метаболический стресс и повреждение генома при онкогенезе молочной железы. Гены Дев. 2007; 21:1621–1635. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]24. Янг А.Р.Дж., Нарита М., Феррейра М., Киршнер К., Садайе М., Дарот Дж.Ф.Дж. и др. Аутофагия опосредует переход к митотическому старению. Гены Дев. 2009; 23: 798–803. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]25. Амаравади Р.К., Ю Д.С., Лум Дж.Дж., Буй Т., Кристофору М.А., Эван Г.И. и соавт. Ингибирование аутофагии усиливает индуцированный терапией апоптоз в модели лимфомы, индуцированной Myc.Джей Клин Инвест. 2007; 117: 326–336. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]26. Фимиа Г. М., Стойкова А., Романьоли А.Г., Джунта Л., Ди Бартоломео С., Нардаччи Р., Кораццари М. и соавт. Ambra1 регулирует аутофагию и развитие нервной системы. Природа. 2007; 447:1121–1125. [PubMed] [Google Scholar] 27. Мацунага К., Сайто Т., Табатра К., Омори Х., Сато Т., Куротори Н. и др. Два Beclin1-связывающих белка, Atg14L и Rubicon, реципрокно регулируют аутофагию на разных стадиях. Nat Cell Biol. 2009; 11: 385–396.[PubMed] [Google Scholar] 28. Zhong Y, Wang QJ, Li X, Yan Y, Backer JM, Chait BT и др. Отчетливая регуляция аутофагической активности с помощью Atg14L и Rubicon, связанных с комплексом Beclin1-фосфатидилинозитол-3-киназы. Nat Cell Biol. 2009; 11: 468–476. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]29. Pattingre S, Tassa A, Qu X, Garuti R, Linag XH, Mizushima N, et al. Антиапоптотические белки Bcl-2 ингибируют беклин-1-зависимую аутофагию. Клетка. 2005; 122:927–939. [PubMed] [Google Scholar] 30. Maiuri MC, Le Toumelin G, Criollo A, Rain JC, Gautier F, Juin P, et al.Функциональное и физическое взаимодействие между Bcl-XL и Bh4-подобным доменом в Beclin1. EMBO J. 2007; 26: 2527–2539. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]31. Wei G, Pattingre S, Sinha S, Bassik MC, Levine B. Опосредованное JNK1 фосфорилирование Bcl-2 регулирует аутофагию, вызванную голоданием. Мол Ячейка. 2008; 30: 678–688. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]32. Юсефи С., Пероццо Р., Шмид И., Зеецки А., Шаффнер Т., Скапоцца Л. и др. Calpain-опосредованное расщепление Atg5 переключает аутофагию на апоптоз.Nat Cell Biol. 2006; 8: 1124–1132. [PubMed] [Google Scholar] 33. Maiuri MC, Zalckvar E, Kimchi A, Kroemer G. Самопоедание и самоубийство: взаимосвязь между аутофагией и апоптозом. Nat Rev Mol Biol. 2007;8 [PubMed] [Google Scholar]34. Киркин В., Макьюэн Д.Г., Новак И., Дикич И. Роль убиквитина в селективной аутофагии. Мол Ячейка. 2009; 34: 259–269. [PubMed] [Google Scholar] 36. Rioux JD, Xavier R, Taylor K, Silverberg M, Goyette P, Huett A, et al. Полногеномное ассоциативное исследование выявляет новые локусы предрасположенности к болезни Крона и указывает на участие аутофагии в патогенезе заболевания. Nat Gen. 2007; 39: 596–604. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]37. Хампе Дж., Франке А., Розенстил П., Тилль А., Тойбер М., Хьюз К. и др. Полногеномное сканирование ассоциации несинонимичных SNP идентифицирует вариант восприимчивости к болезни Крона в ATG16L1. Nat Gen. 2007; 39: 207–211. [PubMed] [Google Scholar] 38. Сайто Т., Фудзита Н., Ян М.Х., Уэмацу С., Ян Б.Г., Сато Т. и др. Потеря белка аутофагии Atg16L1 усиливает индуцированную эндотоксином продукцию IL-1b. Природа. 2008; 456: 264–268. [PubMed] [Google Scholar] 39.Cadwell K, Liu JY, Brown SL, Miyoshi H, LOh J, Lennerz JK, et al. Ключевая роль аутофагии и гена аутофагии Atg16L1 в кишечных клетках Панета мыши и человека. Природа. 2008; 456: 259–263. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]40. McCarroll SA, Huett A, Kuballa P, Chilewski SD, Landry A, Goyette P, et al. Делеционный полиморфизм выше IRGM связан с измененной экспрессией IRGM и болезнью Крона. Nat Gen. 2008; 40: 1107–1112. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]41. Швартен М., Морлудер Дж., Ма П., Столдт М., Тильман Ю., Станглер Т. и др. Nix связывается с GABARAP: возможная перекрестная связь между апоптозом и аутофагией. Аутофагия. 2009; 5: 690–698. [PubMed] [Google Scholar]42. Эскелинен Э.Л. Быть или не быть? Примеры неправильной идентификации аутофагических компартментов при обычной просвечивающей электронной микроскопии клеток млекопитающих. Аутофагия. 2008; 4: 257–260. [PubMed] [Google Scholar]43. Ральстон Ш. Патогенез болезни Педжета на костях. Кость. 2008;43:819–825.[PubMed] [Google Scholar]44. Ким И., Родригес-Энрикес С., Лемастерс Дж.Дж. Селективная деградация митохондрий путем митофагии. Арх Биохим Биофиз. 2007; 462: 245–253. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]45. Эскелинен Э.Л. Созревание аутофагических вакуолей в клетках млекопитающих. Аутофагия. 2005; 1:1–10. [PubMed] [Google Scholar]46. Гутьеррес М.Г., Мунафо Д.Б., Берон В., Коломбо М.И. Rab7 необходим для нормального развития аутофагического пути в клетках млекопитающих. Дж. Клеточные науки. 2004; 117: 2687–2697.[PubMed] [Google Scholar]47. Джагер С., Буччи С., Танида И., Уэно Т., Коминами Э., Сафтиг П. и др. Роль Rab7 в созревании поздних аутофагических вакуолей. Дж. Клеточные науки. 2004; 117:4837–4848. [PubMed] [Google Scholar]48. Уэбб Дж. Л., Равикумар Б., Рубинштейн Д. С. Разрушение микротрубочек ингибирует слияние аутофагосом и лизосом: последствия для изучения роли агресом при полиглутаминовых заболеваниях. Int J Biochem Cell Biol. 2004; 36: 2541–2550. [PubMed] [Google Scholar]49. Коике М., Шибата М., Вагури С., Йошимура К., Танида И., Коминами Э. и др.Участие аутофагии в хранении лизосом в нейронах мышиных моделей нейрональных цероид-липофусцинозов (болезнь Баттена). Ам Джей Патол. 2005; 167:1713–1728. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]50. Танака Ю., Гуде Г., Сутер А., Эскелинен Э.Л., Хартманн Д., Луллманн-Раух Р. и соавт. Накопление аутофагических вакуолей и кардиомиопатии у мышей с дефицитом LAMP-2. Природа. 2000; 406: 902–906. [PubMed] [Google Scholar]51. Кума А., Хатано М., Мацуи М., Ямамото А., Накая Х., Йошимори Т. и др. Роль аутофагии в раннем неонатальном периоде голодания.Природа. 2004; 432:1032–1036. [PubMed] [Google Scholar]52. Комацу М., Вагури С., Уэоно Т., Ивата Дж., Мурата С., Танида И. и др. Нарушение вызванной голоданием и конститутивной аутофагии у мышей с дефицитом Atg7. Джей Селл Биол. 2005; 169: 425–434. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]53. Нисида Ю., Аракава С., Фуджитани К., Ямагучи Х., Мизута Т., Канасеки Т. и др. Открытие Atg5/Atg7-независимой альтернативной макроаутофагии. Природа. 2009; 461: 654–659. [PubMed] [Google Scholar]54. Чжан Дж., Рэндалл М.С., Лойд М.Р., Дорси Ф.К., Кунду М., Кливленд Дж.Л. и др.Митохондриальный клиренс регулируется Atg7-зависимыми и независимыми механизмами во время созревания ретикулоцитов. Кровь. 2009; 114: 157–164. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]55. Панкив С., Клаузен Т.Х., Ламарк Т., Брех А., Бруун Дж.А., Аутзен Х. и др. p62/SQSTM1 связывается непосредственно с Atg8/LC3, чтобы способствовать деградации агрегатов убиквитинированного белка посредством аутофагии. Дж. Биол. Хим. 2007; 282:24121–24145. [PubMed] [Google Scholar]56. Дюран А., Линарес Дж. Ф., Гальвес А. С., Викенхайзер К., Флорес Дж. М., Диас-Меко М. Т. и другие.Адаптер передачи сигналов p62 является важным медиатором NF-κB в онкогенезе. Раковая клетка. 2008; 13: 343–354. [PubMed] [Google Scholar]57. Комацу М., Вагури С., Койке М., Соу Ю.С., Уэно Т., Хара Т. и др. Гомеостатические уровни p62 контролируют образование цитоплазматических телец включения у мышей с дефицитом аутофагии. Клетка. 2007; 131:1149–1163. [PubMed] [Google Scholar]58. Мэтью Р., Карп С.М., Бодуан Б., Вуонг Н., Чен Г., Чен Х.И. и др. Аутофагия подавляет онкогенез за счет элиминации р62. Клетка. 2009; 137:1062–1075.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]59. Рубинштейн ДК. Роль внутриклеточных путей деградации белков в нейродегенерации. Природа. 2006; 443: 780–786. [PubMed] [Google Scholar] 60. Юэ З., Фридман Л., Комацу М., Танака К. Клеточные пути аутофагии нейронов и их роль в нейродегенеративных заболеваниях. Биохим Биофиз Акта. 2009; 1793: 1496–1507. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]61. Хара Т., Накамура К., Мацуи М., Ямамото А., Накахара Й., Судзуки-Мигишима Р. и др.Подавление базальной аутофагии в нервных клетках вызывает нейродегенеративное заболевание у мышей. Природа. 2006; 441: 885–889. [PubMed] [Google Scholar]62. Komatsu M, Wang QJ, Holstein GR, Friedrich VL, Jr, Iwata J, Kominami E, et al. Существенная роль белка аутофагии Atg7 в поддержании гомеостаза аксонов и предотвращении дегенерации аксонов. Proc Natl Acad Sci USA. 2007; 104:14489–14494. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]63. Кисова И., Дефье М., Манон С., Камугранд Н. Uth2p участвует в аутофагической деградации митохондрий.Дж. Биол. Хим. 2004; 279:39068–39074. [PubMed] [Google Scholar]64. Kanki T, Wang KKW, Caio Y, Baba M, Klionsky DJ. Atg32 представляет собой митохондриальный белок, обеспечивающий селективность во время митофагии. Ячейка Дев. 2009; 17:98–109. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]65. Okamoto K, Kondo-Okamoto N, Ohsumi Y. Заякоренный в митохондриях рецептор Atg32 опосредует деградацию митохондрий посредством селективной аутофагии. Ячейка Дев. 2009; 17:87–97. [PubMed] [Google Scholar]66. Швирс Р.Л., Чжан Дж., Рэндалл М.С., Лойд М.Р., Ли В., Дорси Ф.К. и др.NIX необходим для запрограммированного митохондриального клиренса во время созревания ретикулоцитов. Proc Natl Acad Sci USA. 2007;104:19500–19505. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]67. Сандовал Х., Тиагараджан П., Дасгупта С.К., Скумакер А., Прчал Дж.Т., Чен М. и др. Существенная роль Nix в аутофагическом созревании эритроцитов. Природа. 2008; 454: 232–235. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]68. Нарендра Д., Танака А.Дж., Суен Д.Ф., Юле Р.Дж. Паркин избирательно рекрутируется в поврежденные митохондрии и способствует их аутофагии.Джей Селл Биол. 2008; 83: 795–803. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]69. Нарендра Д., Танака А.Дж., Суен Д.Ф., Юле Р.Дж. Паркин-индуцированная митофагия в патогенезе болезни Паркинсона. Аутофагия. 2009; 5: 706–708. [PubMed] [Google Scholar]70. Farre JC, Manjithaya R, Mathewson RD, Subramani S. PpAtg30 помечает пероксисомы для оборота посредством селективной аутофагии. Ячейка Дев. 2008; 14: 365–376. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]71. Kraft C, Deplazes A, Sohrmann M, Peter M. Зрелые рибосомы избирательно разрушаются при голодании по пути аутофагии, требующему убиквитиновой протеазы Ubp3p/Bre5p.Nat Cell Biol. 2008; 10: 602–610. [PubMed] [Google Scholar]72. Джин С. Аутофагия, контроль качества митохондрий и онкогенез. Аутофагия. 2006; 2:80–84. [PubMed] [Google Scholar]73. Сабатини Дм. mTOR и рак: взгляд на сложные отношения. Нат Рев Рак. 2006; 6: 729–734. [PubMed] [Google Scholar]75. Гертин Д.А., Сабатини Д.М. Определение роли mTOR в развитии рака. Раковая клетка. 2007; 12:9–22. [PubMed] [Google Scholar]76. Рубинштейн Д.С., Гествицкий Ю.Е., Мерфи Л. О., Клионский Д.Дж. Потенциальные терапевтические применения аутофагии.Nat Rev Drug Discov. 2007; 6: 304–312. [PubMed] [Google Scholar]78. ДеЯнг М.П., ​​Хорак П., Софер А., Сгрои Д., Эллисен Л.В. Гипоксия регулирует передачу сигналов TSC1/2-mTOR и супрессию опухоли посредством REDD1-опосредованного челночного перемещения 14–3–3. Гены Дев. 2008; 15: 239–251. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]79. Tracy K, Dibling BC, Spike BT, Knabb JR, Schumacker P, Macleod K. BNIP3 представляет собой целевой ген RB/E2F, необходимый для аутофагии, вызванной гипоксией. Мол Селл Биол. 2007; 27:6229–6242. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]81.Хамахер-Брэди А., Брэди Н.Р., Готлиб Р.А., Густафссон А.Б. Аутофагия как защитный ответ на опосредованную Bnip3 передачу сигналов апоптоза в сердце. Аутофагия. 2006; 2: 307–309. [PubMed] [Google Scholar]82. Маммукари С., Милан Г., Романелло В., Масьеро Э., Рудольф Р., Дель Пикколо П. и др. FoxO3 контролирует аутофагию в скелетных мышцах in vivo . Клеточный метаболизм. 2007; 6: 458–471. [PubMed] [Google Scholar]84. Zhang H, Bosch-Marce M, Shimoda LA, Tan YS, Baek JH, Wesley JB, et al. Митохондриальная аутофагия представляет собой HIF-1-зависимый адаптивный метаболический ответ на гипоксию.Дж. Биол. Хим. 2008; 283:10892–10903. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]85. Li Y, Wang Y, Kim E, Beemiller P, Wang CY, Swanson J и др. Bnip3 опосредует вызванное гипоксией ингибирование mTOR путем взаимодействия с Rheb. Дж. Биол. Хим. 2007; 282:35803–35813. [PubMed] [Google Scholar]86. Лю Л., Кэш Т.П., Джонс Р.Г., Кит Б., Томпсон С.Б., Саймон М.С. Индуцированный гипоксией энергетический стресс регулирует трансляцию мРНК и рост клеток. Мол Ячейка. 2006; 21: 521–531. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Почему аутофагия важна при заболеваниях человека?

  • Амаравади Р.К., Ю.Д., Лум Дж.Дж., Буй Т., Христофору М.А., Эван Г.И., Томас-Тихоненко А., Томпсон С.Б.Ингибирование аутофагии усиливает индуцированный терапией апоптоз в модели лимфомы, индуцированной Myc. Дж Клин Инвест 2007 ; 117 : 326 — 336

    CAS Статья Google ученый

  • Берри Д.Л., Береке Э.Х. Задержка роста и аутофагия необходимы для деградации клеток слюнных желез у дрозофилы. Сотовый 2007 ; 131 : 1137 — 1148

    КАС Статья Google ученый

  • Детер Р.Л., Бодуин П., Де Дюв К.Участие лизосом в клеточной аутофагии, индуцированной в печени крыс глюкагоном. J Cell Biol 1967; 35 : C11 — C16

    CAS Статья Google ученый

  • Эбато К., Учида Т., Аракава М., Комацу М., Уэно Т., Комия К., Адзума К., Хиросе Т., Танака К., Коминами Э., Кавамори Р., Фудзитани Ю., Ватада Х. Аутофагия важна для гомеостаза островков и компенсаторного увеличения массы бета-клеток в ответ на диету с высоким содержанием жиров. Cell Metab 2008 ; 8 : 325 — 332

    CAS Статья Google ученый

  • Goldman SJ, Zhang Y, Jin S . Аутофагическая деградация митохондрий при дифференцировке белой жировой ткани. Antioxid Redox Signal 2011 ; 14 : 1971 — 1978

    CAS Статья Google ученый

  • Гутьеррес М.Г., Мастер С.С., Сингх С.Б., Тейлор Г.А., Коломбо М.И., Деретик В. .Аутофагия представляет собой защитный механизм, ингибирующий выживание БЦЖ и Mycobacterium tuberculosis в инфицированных макрофагах. Сотовый 2004 ; 119 : 753 — 766

    CAS Статья Google ученый

  • Хара Т., Накамура К., Мацуи М., Ямамото А., Накахара Ю., Судзуки-Мигишима Р., Йокояма М., Мисима К., Сайто И., Окано Х., Мидзусима Н. . Подавление базальной аутофагии в нервных клетках вызывает нейродегенеративное заболевание у мышей. Природа 2006 ; 441 : 885 — 889

    CAS Статья Google ученый

  • Цзин К. , Сон К.С., Шин С., Ким Н., Чжон С., О Х.Р., Пак Ч.Х., Со К.С., Хо Ч.И., Хан Дж., Пак Ч.И., Хан С., Ву Т., Квон ГР., Пак С.К., Юн У.Х., Хван Б.Д., Лим К. Докозагексаеновая кислота индуцирует аутофагию посредством передачи сигналов p53/AMPK/mTOR и способствует апоптозу в раковых клетках человека, несущих p53 дикого типа. Аутофагия 2011 ; 7 : 1348 — 1358

    CAS Статья Google ученый

  • Йохансен Т., Ламарк Т. .Селективная аутофагия, опосредованная аутофагическими адапторными белками. Аутофагия 2011 ; 7 : 279 — 296

    CAS Статья Google ученый

  • Клионский Д.Дж., Эмр С.Д. Аутофагия как регулируемый путь клеточной деградации. Наука 2000 ; 290 : 1717 — 1721

    КАС Статья Google ученый

  • Левин Б., Деретич В. .Раскрытие роли аутофагии во врожденном и адаптивном иммунитете. Nat Rev Immunol 2007 ; 7 : 767 — 777

    CAS Статья Google ученый

  • Мортенсен М., Фергюсон Д.Дж., Эдельманн М., Кесслер Б., Мортен К.Дж., Комацу М., Саймон А.К. Потеря аутофагии в эритроидных клетках приводит к дефектному удалению митохондрий и тяжелой анемии in vivo . Proc Natl Acad Sci USA 2010 ; 107 : 832 — 837

    CAS Статья Google ученый

  • Накагава И., Амано А., Мидзусима Н., Ямамото А., Ямагути Х., Камимото Т., Нара А., Фунао Дж., Наката М., Цуда К., Хамада С., Йошимори Т. .Аутофагия защищает клетки от вторжения стрептококков группы А. Наука 2004 ; 306 : 1037 — 1040

    CAS Статья Google ученый

  • Недельский Н.Б., Тодд П.К., Тейлор Дж.П. Аутофагия и убиквитин-протеасомная система: сотрудники нейропротекции. Биохим Биофиз Акта 2008 ; 1782 : 691 — 699

    CAS Статья Google ученый

  • Цюй Х. , Цзоу З., Сунь К., Луби-Фелпс К., Ченг П., Хоган Р.Н., Гилпин С., Левин Б. .Зависимый от гена аутофагии клиренс апоптотических клеток во время эмбрионального развития. Сотовый 2007 ; 128 : 931 — 946

    CAS пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Рубинштейн, округ Колумбия. Роль путей внутриклеточной деградации белка в нейродегенерации. Природа 2006 ; 443 : 780 — 786

    CAS Статья Google ученый

  • Шао Ю., Гао З., Маркс П.А., Цзян Х.Апоптотическая и аутофагическая гибель клеток, индуцированная ингибиторами гистондеацетилазы. Proc Natl Acad Sci USA 2004 ; 101 : 18030 — 18035

    CAS Статья Google ученый

  • Шин Д.М., Юк Дж.М., Ли Х.М., Ли С.Х., Сон Дж.В., Хардинг К.В., Ким Дж.М., Модлин Р.Л., Джо Э.К. Микобактериальный липопротеин активирует аутофагию посредством TLR2/1/CD14 и функциональной передачи сигналов рецептора витамина D. Cell Microbiol 2010 ; 12 : 1648 — 1665

    CAS Статья Google ученый

  • Сингх С.Б., Дэвис А.С., Тейлор Г.А., Деретик В. .IRGM человека индуцирует аутофагию для уничтожения внутриклеточных микобактерий. Наука 2006 ; 313 : 1438 — 1441

    КАС Статья Google ученый

  • Сон К.С., Ким Дж. С., Юн Э. Дж., Ким Й. Р., Сео К. С., Пак Дж. Х., Чон Й. Дж., Пак Дж. И., Квеон ГР., Юн В. Х., Лим К., Хван Б. Д. . Роттлерин индуцирует аутофагию и апоптозную гибель клеток через PKC-дельта-независимый путь в клетках фибросаркомы человека HT1080: защитная роль аутофагии при апоптозе. Аутофагия 2008 ; 4 : 650 — 658

    CAS Статья Google ученый

  • Talloczy Z, Virgin HW, Levine B . PKR-зависимая аутофагическая деградация вируса простого герпеса 1 типа. Аутофагия 2006 ; 2 : 24 — 29

    CAS Статья Google ученый

  • Цукада М. , Осуми Ю. . Выделение и характеристика дефектных по аутофагии мутантов Saccharomyces cerevisiae. FEBS Lett 1993 ; 333 : 169 — 174

    CAS Статья Google ученый

  • Се З., Наир У., Клионский Д.Дж. Atg8 контролирует экспансию фагофора во время образования аутофагосомы. Мол Биол Селл 2008 ; 19 : 3290 — 3298

    КАС Статья Google ученый

  • Юсефи С., Пероццо Р., Шмид И., Зимецкий А., Шаффнер Т., Скапоцца Л., Бруннер Т., Саймон Х.У.Calpain-опосредованное расщепление Atg5 переключает аутофагию на апоптоз. Nat Cell Biol 2006; 8 : 1124 — 1132

    CAS Статья Google ученый

  • Ю Л., Ван Ф., Датта С., Уэлш С., Лю З., Фройндт Э., Бэреке Э. Х., Ленардо М. . Аутофагическая запрограммированная гибель клеток путем селективной деградации каталазы. Proc Natl Acad Sci USA 2006 ; 103 : 4952 — 4957

    КАС Статья Google ученый

  • Юк Дж. М., Шин Д. М., Сонг К. С., Лим К., Ким К. Х., Ли Ш., Ким Д. М., Ли Д. С., Пайк Т. Х., Ким Д. С., Джо Э. К. .Цитоскелет клеточной стенки Bacillus callette-guerin повышает радиочувствительность рака толстой кишки за счет аутофагии. Аутофагия 2010 ; 6 : 46 — 60

    CAS Статья Google ученый

  • Механизм аутофагии, регуляция, функции и нарушения

    Аутофагия — это механизм самопереваривания, ответственный за удаление поврежденных органелл, деформированных белков во время биосинтеза и нефункциональных долгоживущих белков лизосомами.Аутофагия была разделена на три основных типа в зависимости от механизма, с помощью которого внутриклеточные материалы доставляются в лизосомы для деградации, а именно: микроаутофагия, шаперон-опосредованная аутофагия (CMA) и макроаутофагия. При микроаутофагии материал цитоплазмы изолируется путем прямой инвагинации в лизосомальную мембрану. В то время как в CMA белки, отмеченные пентапептидным мотивом (KFERQ), избирательно разрушались путем прямой транслокации в лизосому. Макроаутофагия включает образование субклеточных структур, связанных двойной мембраной, называемых аутофагосомами, которые содержат разлагаемое содержимое материалы цитоплазмы и доставляют их в лизосомы для расщепления лизосомальными ферментами.Молекулярный механизм аутофагии включает несколько консервативных белков Atg (связанных с аутофагией). Системы продуцируют модифицированные комплексы Atg8-PE и Atg5-Atg12-Atg16 в качестве регуляторов аутофагии. Аутофагия активируется в ответ на различные стрессы и физиологические состояния. Например, голодание, гипертермия и гипоксия опосредованы такими факторами, как инсулин/ИФР-1, передача сигналов m-TOR, транскрипционные факторы FOXO и шапероны. Нарушение аутофагии может привести к нескольким типам рака, миопатии и нервно-мышечным расстройствам.Несколько индукторов и ингибиторов аутофагии, таких как 3-метиладенин (3-МА), бафиломицин А1, LY294002 (LY) и Велкейд, использовались для лечения заболеваний, что является интенсивной областью исследований.

    1. Что такое аутофагия?

    Прежде чем углубляться в аспекты аутофагии, приведем известный ответ на вопрос: что такое аутофагия? В современной науке аутофагия представляет собой механизм самопереваривания, ответственный за удаление долгоживущих белков, поврежденных органелл и деформированных белков во время биосинтеза лизосомами [1-3].Данные демонстрируют, что процесс аутофагии предназначен для регуляции различных клеточных функций, включая рост, дифференцировку, ответ на дефицит питательных веществ и окислительный стресс, гибель клеток и обмен макромолекул и органелл.

    2. Механизм аутофагии

    Аутофагия включает образование двухмембранного пузырька, который инкапсулирует цитоплазму, неправильно сформированные белки, долгоживущие белки и органеллы, а затем сливается с лизосомами для деградации. Формирование двухмембранного пузырька представляет собой сложный процесс, в котором участвуют 16 белков, связанных с аутофагией (Atg-белки).Кроме того, в аутофагии участвуют две убиквитин-подобные системы конъюгации. Эти системы продуцируют модифицированные комплексы регуляторов аутофагии: Atg8-PE и Atg5-Atg12-Atg16, что может определять формирование и размер аутофагосомы. Затем происходит зарождение, экспансия, снятие покрытия и завершение формирования аутофагосомы, что приводит к ее слиянию с лизосомами [4].

    Молекулярный механизм аутофагии включает несколько консервативных белков Atg (связанных с аутофагией), большинство из которых впервые были идентифицированы у дрожжей [5–7].Для инициации образования аутофагосом необходимы два комплекса. (1) Комплекс, содержащий PI3 K класса III Vps34, Atg6/Beclin1, Atg14 и Vps15/p150.73. (2) Другой комплекс включает серин/треонинкиназу Atg1. Киназная активность Atg1 требует функции двух других белков аутофагии, то есть Atg13 или Atg8 и Atg17. У млекопитающих, не содержащих Atg13, было обнаружено, что Atg1 ассоциирован с ортологами Atg8, LC3 (белок легкой цепи 3, ассоциированный с микротрубочками), GATE-16 (энхансер АТФазы, ассоциированной с Гольджи, 16  кДа) и GABARAP (G-аминогруппа). белок, ассоциированный с рецептором масляной кислоты типа А).

    Элонгация включает два убиквитин-подобных пути конъюгации, системы Atg8/MAP-LC3/GABARAP/GATE-16 и Atg12. Растворимый белок Atg8 подвергается расщеплению на карбоксильном конце цистеиновой протеазой Atg4, чтобы обнажить реактивный остаток глицина, который опосредует образование аутофагосомы. Atg4 активируется ферментами Atg7 (E1-подобный) и Atg3 (E2-подобный). Для функции Atg3 требуется белковый комплекс, в который входят Atg5, Atg12 и Atg16. Затем фосфатидилэтаноламин ковалентно связывается с активированным Atg8 (Atg8-PE у дрожжей и липидизированный LC3-II у млекопитающих).Он остается связанным с мембраной аутофагосомы до тех пор, пока часть его не будет расщеплена Atg4 для повторного использования. Если Atg4 не расщепляет его, он деградирует в аутолизосоме, поскольку Atg8 остается ковалентно связанным с мембраной и поэтому может использоваться в качестве маркера аутофагии. Как только формирование аутофагосомы завершено, комплекс Atg16-Atg5-Atg12 диссоциирует от граничащей с ним мембраны, и компоненты принимают участие в процессе рециркуляции, опосредованном Atg2, Atg9 и Atg18. Теперь завершенная аутофагосома готова к слиянию с эндосомой или лизосомой.

    3. Регулирование аутофагии

    Аутофагия активируется в ответ на различные стрессы и физиологические состояния. Например, пищевая депривация, гипертермия и гипоксия, известные как основные модуляторы старения окружающей среды, также являются условиями, вызывающими аутофагию [8–10]. На молекулярном уровне пути аутофагии обнаруживают замечательную взаимосвязь с факторами, влияющими на старение.

    4. Инсулин/ИФР-1 регулирует аутофагию

    Сигнальный путь ИФР-1/инсулин, реагирующий на питательные вещества, способствует репродуктивному росту, морфогенезу и выживанию.У C. elegans сигнальный путь инсулин/ИФР-1 предотвращает развитие дауэра. У мутантов развитие dauer не зависит от условий роста, таких как снижение активности рецептора инсулина/IGF-1. Сообщалось, что мутантные животные демонстрируют высокий уровень аутофагии в клетках, связанных с морфогенезом. Нарушение функции гена аутофагии ингибирует морфогенез и выживание. Сообщалось, что некоторые гены аутофагии влияют на рост клеток, причем эти эффекты опосредованы передачей сигналов инсулина/IGF-1 или TGF 𝛽.Например, нематоды не могут расти в фенотипе гигантского размера тела, когда активность гена аутофагии была нарушена и с аберрантной активностью рецептора инсулина / IGF1 или TGF 𝛽. Это означает, что гены аутофагии контролируют размер клеток, конвергентных сигнальными путями модулятора роста [11, 12]. У млекопитающих взаимосвязь между аутофагией и передачей сигналов инсулина/ИФР-1 оказывается более тесной.

    5. m-TOR регулирует аутофагию

    Депривация питательных веществ или лечение рапамицином вызывает аутофагию.У дрожжей Atg13 гиперфосфорилируется с помощью TORC1 (рапамицин-чувствительный TOR-киназный комплекс 1) и имеет более низкое сродство к Atg1 [13]. Помимо этого, TORC1 контролирует активацию нескольких эффекторов, которые регулируют транскрипцию или трансляцию определенных белков путем фосфорилирования, некоторые из которых необходимы для аутофагии. TOR регулирует индукцию аутофагии в сотрудничестве с двумя другими путями восприятия питательных веществ, то есть с протеинкиназой A и SCh9 [14]. У млекопитающих mTOR, по-видимому, регулирует аутофагию так же, как и у дрожжей.Кроме того, AMPK, действующая выше TOR, способствует аутофагии в клеточных линиях человека и мух [15]. Таким образом, mTOR вместе с передачей сигналов инсулина/IGF1 контролирует аутофагию на нескольких уровнях. Нормальный рост клеток требует хорошего баланса между синтезом белков/органелл и их деградацией (обменом). Увеличение скорости роста предполагает накопление аберрантных цитозольных компонентов. Необратимо модифицированные (например, окисленные, сшитые) белки, деформированные белки и дефектные митохондрии действуют как клеточные токсины, препятствующие нормальному функционированию клеток.Эти клеточные токсины прогрессивно накапливаются с возрастом, обеспечивая постепенное снижение способности организма к нормальному функционированию и выживанию [16–19].

    Имеющиеся данные показывают, что мишень рапамицина (mTOR) у млекопитающих действует как негативный регулятор, а степень аутофагии регулируется белками, предшествующими передаче сигналов mTOR, включая PTEN, PDK1, Akt и TSC1/2 [20]. Например, PTEN и TSC1/2 положительно регулируют аутофагию, тогда как Akt ингибирует ее. Было показано, что нижележащие мишени mTOR, включая киназу фактора элонгации-2 [21] и киназу S6 [20], регулируют аутофагию.

    6. DRAM и p53 регулируют аутофагию

    Дело в том, что супрессор p53 мутирует примерно в 50% случаев рака человека и вызывает аутофагию. Сообщалось, что P53 функционирует как критический медиатор апоптоза, вызванного повреждением, и было показано, что он индуцирует аутофагию зависимым от DRAM (модулятор аутофагии, регулируемый повреждением) образом, чтобы осуществить полную гибель клеток в линиях раковых клеток человека. DRAM является лизосомным интегральным мембранным белком и прямой мишенью р53-индуцирующей макроаутофагии и способствует накоплению аутофагосом [21, 22].Опосредованный p53 апоптоз включает несколько факторов ремоделирования хроматина [23] (например, e2f1, так как он участвует в репрессии транскрипции клеточной пролиферации как часть компонента с комплексом ретинобластомы). Гены аутофагии также могут контролироваться факторами, участвующими в ремоделировании хроматина, поскольку p53 функционирует выше пути аутофагии, вызывая гибель клеток [7]. Недавние данные показывают, что e2f1 связывается с регуляторными областями Atg1, atg8 и DRAM у человека [24].

    7. FOXO и ROS регулируют аутофагию

    Недавно было сообщено, что уровень транскрипции нескольких генов, связанных с аутофагией, был увеличен активированным FOXO.Включены гены Atg8/LC3, Atg12, Vps34 и Atg6, вызывающие деградацию белка в атрофирующихся мышечных клетках, и неожиданно регуляторный эффект FOXO на Atg8 и Atg12, по-видимому, является прямым [25]. Факторы ремоделирования хроматина деацетилируют факторы транскрипции FOXO и способствуют долголетию червей, мух и млекопитающих [26-29]. Недавние данные демонстрируют, что у мышей Sirt1 сиртуинового типа способен индуцировать аутофагию как в условиях нормального роста, так и в условиях голодания. Sirt1 ацетилирует факторы аутофагии Atg5, Atg7 и Atg8 NADP-зависимым образом [30]. Потеря функции Sirt1 в мутантном фенотипе напоминает таковую у мышей с дефектом аутофагии, например, ранняя смерть и накопление аномальных митохондрий.

    Активные формы кислорода (АФК) также регулируют аутофагию, вызванную голоданием. Недавние данные показывают, что Atg4, важная протеаза в механизме аутофагии, была признана прямой мишенью для окисления с помощью АФК. Накопление АФК, образующихся при различных клеточных активностях, в основном за счет дыхания, вызывает окислительный стресс.Клетки реагируют на окислительный стресс, активируя различные защитные механизмы. Несколько исследований показывают, что АФК действуют как сигнальные молекулы и способны индуцировать процесс аутофагии и вызывать последующую гибель пораженных клеток. Аутофагия играет важную роль в клеточном ответе на окислительный стресс [31].

    8. Шапероны

    Аутофагия – это опосредованный лизосомами процесс деградации эукариотических клеток, направленный на переваривание собственных компонентов во время развития или голодания [32–34]. Аутофагия была разделена на три основных типа в зависимости от механизма, с помощью которого внутриклеточные материалы доставляются в лизосому для процесса деградации: (1) микроаутофагия, (2) шаперон-опосредованная аутофагия (CMA) и (3) макроаутофагия. При микроаутофагии цитоплазматический материал изолируется путем прямой инвагинации в лизосомальную мембрану. При шаперон-опосредованной аутофагии (CMA) белки, несущие определенный пентапептидный мотив (KFERQ), избирательно разрушаются путем прямой транслокации в лизосому.Это отсутствует у растений. Общий процесс аутофагии схематически показан на рисунке 1.


    Макроаутофагия включает образование субклеточных структур, связанных двойной мембраной, называемых аутофагосомами, содержит разлагаемое содержимое для связывания цитоплазматического материала и доставляет его в лизосомы для разрушения лизосомными ферментами. .

    Продукты деградации могут быть повторно использованы для функционирования клеток. Процесс макроаутофагии (далее именуемый аутофагией) начинается с инициации образования изолирующей мембраны (фагофора), процесс, называемый нуклеацией. Рост фагофора (удлинение или расширение) заканчивается завершением аутофагосомы. Затем при слиянии аутофагосомы с лизосомой образуется аутолизосома, внутри которой происходит деградация заключенного материала [6, 7, 35].

    Опосредованная шаперонами аутофагия (CMA) отличается от других типов аутофагии двумя свойствами, то есть ее селективностью в отношении определенного пула цитозольных белков и механизмом доставки белков-субстратов в лизосомы. Подсчитано, что около 30% растворимых цитозольных белков, меченных CMA, нацелены на мотив пентапептида KFERQ.Только белки, несущие этот конкретный нацеливающий мотив в своей аминокислотной последовательности, избирательно распознаются родственным белком теплового шока 70 kDa (hsc70), шапероном, который обеспечивает их доставку в лизосомы [32–34]. Некоторые из следующих идентифицированы как белки-субстраты, которые включают гликолитические ферменты (глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, альдолаза и фосфоглицеромутаза), 20S протеасомы, факторы транскрипции и ингибиторы факторов транскрипции (c-fos, ингибитор NF κ B). [I κ B]), α 2-микроглобулин, кальций-связывающие белки (аннексины I, II, IV и VI) и белки, связанные с везикулярным транспортом (𝛼-синуклеин) [32, 36].[37] . После связывания субстрат разворачивается [38] и пересекает лизосомальную мембрану с помощью лизосомной формы hsc70 (lys-hsc70), присутствующей в просвете [39]. Субстраты CMA попадают в просвет лизосом непосредственно через лизосомальную мембрану. Транспорт является насыщаемым, что требует источника энергии (АТФ) и зависит от температуры (связывание происходит при температурах до 10°C, но транспорт обнаруживается только при температурах выше 25°C) [40, 41].

    Селективность к деградации, связанная с помощью CMA, кажется полезной в определенных условиях, в которых требуется различение различных типов белков. Во время длительного голодания CMA обеспечивает аминокислоты, необходимые для синтеза белка, но также способствует деградации ненужных белков по сравнению с белками, необходимыми для выживания клеток [42, 43]. Точно так же во время легкого окислительного стресса [44] или после воздействия токсичных соединений, модифицирующих белок [45], это позволяет избирательно удалять белки, поврежденные или измененные в этих условиях.

    9. Аутофагия и рак

    Изменение гибели клеток при раке является одним из отличительных признаков, и эти клетки находятся под давлением выживания. Неуспех апоптоза вызывает трансформацию этих клеток и приводит к генетическим повреждениям и канцерогенезу [46, 47]. Существует так много информации о мутационных и экспрессионных изменениях генов апоптоза, таких как Fas и каспазы, при раке человека [48–51]. Однако данные о генах аутофагии более ограничены, чем об апоптозе [52–54]. Сообщалось, что при раке гены ATG2, ATG5, ATG9, ATG12 и UVRAG мутируют с микросателлитной нестабильностью [55].Ген Atg6 (Beclin1) делетирован при некоторых видах рака [55], и редко обнаруживаются точечные мутации при раке человека [54]. Мутированный UVRAG связывается с Beclin-1 при раке желудка и толстой кишки с микросателлитной нестабильностью [53]. Гены антиапоптоза, вероятно, являются потенциальными онкогенами, в то время как гены гибели проклеток, вероятно, являются потенциальными генами-супрессорами опухолей. Существуют разногласия по поводу роли аутофагии при раке. Некоторые данные подтверждают идею о том, что аутофагия подавляет онкогенез, тогда как другие данные предполагают, что аутофагия усиливает онкогенез и защищает опухолевые клетки от гибели клеток [56].

    Когда первичные эпителиальные клетки становятся бессмертными, путь клеточной гибели, включающий как аутофагию, так и апоптоз, селективно инактивируется [57]. В модельных системах образования ацинусов молочных желез как апоптоз, так и аутофагия участвуют в удалении эпителиальных клеток с образованием просветных структур [58]. Это говорит о том, что аутофагия предотвращает ранние стадии развития эпителиальной опухоли. В совокупности эти данные показывают, что аутофагия может как стимулировать, так и предотвращать рак в зависимости от контекста.Для дальнейшей проверки этой идеи гораздо интереснее изучить мышей с дефектами в других генах Atg, чтобы увидеть, имеют ли они также фенотип предрасположенности к раку, подобный мышам Beclin-1+/-.

    ATG5 — белок, участвующий в ранней стадии образования аутофагосом [59, 60]. Связывание ATG5 с ATG12 способствует образованию аутофагосом, которые изолируют цитоплазматический материал перед доставкой в ​​лизосомы [61]. Апоптотические стимулы расщепляют ATG5, который впоследствии перемещается в митохондрии и запускает активацию каспазы.Экспрессия ATG5 делает опухолевые клетки чувствительными к химиотерапии, но молчание ATG5 приводит к резистентности к химиотерапии [62].

    Роль аутофагии при раке является предметом интенсивных дискуссий. Как упоминалось выше, аутофагия позволяет клетке реагировать на изменяющиеся условия окружающей среды, такие как лишение питательных веществ. При голодании аутофагия значительно усиливается, позволяя клетке расщеплять белки и органеллы и, таким образом, получать источник макромолекулярных предшественников, таких как аминокислоты, жирные кислоты и нуклеотиды, которые в противном случае были бы недоступны.Таким образом, аутофагия выполняет защитную роль, позволяя клеткам выживать в условиях лишения питательных веществ.

    Более того, при предотвращении аутофагии в этих условиях происходит апоптоз клеток [63, 64]. Таким образом, когда опухолевые клетки голодают, аутофагия останавливает их гибель, ингибируя апоптоз. В опухоли это может означать, что аутофагия поддерживает жизнь опухолевых клеток, когда ограниченный ангиогенез приводит к лишению питательных веществ и гипоксии. Следовательно, мы ожидаем, что усиление аутофагии будет способствовать росту солидных опухолей, тогда как снижение аутофагии может обеспечить полезный способ ограничения роста опухоли.В резком контрасте с этим потенциальным эффектом аутофагии, способствующим развитию рака, многочисленные доказательства указывают на противораковую роль. Ген аутофагии Beclin-1 (аналог дрожжевого гена Atg6 у млекопитающих), который является частью фосфатидилинозитол-3-киназного комплекса III типа, необходимого для образования аутофагических везикул, является гапло-недостаточным супрессором опухоли у мышей [65, 66] и моноаллельно теряется в опухолях молочной железы, яичников и других опухолях человека [67]. Более того, p53 и PTEN являются двумя наиболее часто мутирующими генами-супрессорами опухолей, и оба индуцируют аутофагию [68, 69].Напротив, онкогенный белок Bcl-2 напрямую взаимодействует с Beclin-1, ингибируя аутофагию [70], поскольку онкогены могут ингибировать аутофагию, а опухолевые супрессоры индуцируют аутофагию. В то время как добросовестный регулятор аутофагии сам по себе является супрессором опухоли, эти данные предполагают, что аутофагия играет противораковую роль. Механизм, посредством которого аутофагия ингибирует развитие опухоли, неясен. Возможности включают ограничение роста опухолевых клеток или снижение мутагенеза или других повреждений, вызванных активными формами кислорода, путем удаления поврежденных митохондрий и других органелл.Альтернативно, аутофагия может убить развивающиеся опухолевые клетки.

    10. Аутофагия и гибель клеток

    Запрограммированную гибель клеток можно разделить на апоптозную (тип I) и аутофагическую (тип II) гибель клеток. Кроме того, могут быть формы запрограммированного некроза и другие, еще менее четко определенные пути смерти. Молекулярные пути, участвующие в регуляции и осуществлении апоптоза, хорошо определены. Но механизмы аутофагической гибели клеток изучены недостаточно. Попытки определить гибель аутофагических клеток были ограничены морфологическими характеристиками, такими как обширное образование аутофагосом/аутолизосом и транслокация Atg-8/LC3 в аутофагические везикулы.В последнее время появилось несколько сообщений, в которых определен один механизм аутофагической гибели клеток. Эти исследователи показали, что аутофагическая гибель клеток, вызванная ингибированием каспаз, достигается за счет селективной аутофагической деградации каталазы, которая приводит к образованию активных форм кислорода, убивающих клетку [71].

    11. Аутофагия и болезни

    В последнее время было опубликовано несколько обзоров об аутофагии, связанной с раком и другими заболеваниями [67, 72]. Аутофагия — это генетически запрограммированный, эволюционно законсервированный процесс, который разрушает долгоживущие клеточные белки и органеллы. Аутофагия важна для нормального развития и отвечает на изменяющиеся стимулы окружающей среды. Помимо его роли в раке, он важен при многих заболеваниях, включая бактериальные и вирусные инфекции, нейродегенеративные расстройства, некоторые миопатии и сердечно-сосудистые заболевания [72].

    12. Миопатии

    Нейрональные ткани и скелетные мышцы являются основными органами, в которых аутофагия физиологически усилена [73]. Накопление аутофагических вакуолей наблюдается в скелетных миофибриллах при некоторых нервно-мышечных заболеваниях [74–78].На основании находок вакуолей эти заболевания называются аутофагическими вакуолярными миопатиями (АВМ). Два заболевания, принадлежащие к этой группе, связаны с первичными дефектами лизосомальных белков, а именно болезнь Данона и болезнь Помпе [79].

    13. Болезнь Данона

    Болезнь Данона вызывается первичным дефицитом лизосомального мембранного белка и ассоциированного с лизосомами мембранного белка-2 (LAMP-2) вместо гликолитического фермента [80]. Накопление гликогена на самом деле не является постоянным признаком, и детальные патологические признаки отличаются от таковых при дефиците кислой мальтазы.Название «болезнь накопления гликогена IIb (GSDIIb)» не следует одобрять, поскольку ранее считалось, что заболевание связано с дефицитом мальтазы [81]. Болезнь Данона характеризуется Х-сцепленным доминантным типом наследования, в результате чего мужчины поражаются тяжелее, чем женщины, хотя у женщин симптомы проявляются позже [82].

    Белок, вызывающий заболевание, LAMP-2A, представляет собой однозвенный мембранный белок с молекулярной массой 95–120 кДа. Сообщалось, что LAMP-2A действует как рецептор для шаперон-опосредованной аутофагии, при которой определенные цитозольные белки с консенсусной последовательностью, содержащей мотив последовательности, связанный с пентапептидом KFERQ, такие как рибонуклеаза А и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, избирательно захватываются. поднимается и деградирует в лизосомах [83, 84].

    Было продемонстрировано, что LAMP-2A необходим для преобразования ранних аутофагических вакуолей в вакуоли, что указывает на его участие в слиянии аутофагических вакуолей с эндосомами и лизосомами. У мышей с дефицитом LAMP 2 наблюдается повышенная смертность после 20-дневного возраста и накопление аутофагических вакуолей в печени, почках, поджелудочной железе, сердечных и скелетных мышцах [85]. Сбои в нормальном развитии аутофагического процесса в отсутствие LAMP-2 были представлены при использовании культивируемых гепатоцитов.К ним относятся накопление ранних аутофагических вакуолей и внутриклеточное неправильное нацеливание лизосомальных ферментов и LAMP-1. Вместо повышения секреции лизосомальных ферментов эти культивируемые гепатоциты демонстрируют неправильный процессинг катепсина D, аномальное удержание маннозо-6-фосфатных рецепторов в аутофагических вакуолях, уменьшение деградации долгоживущих белков и незначительную индукцию деградации аутофагических белков после голодания.

    14. X-сцепленная миопатия с чрезмерной аутофагией (XMEA)

    XMEA — редкая Х-сцепленная рецессивная АВМ, характеризующаяся медленно прогрессирующей слабостью и атрофией проксимальных мышц [86]. Большинство пациентов сохраняют самостоятельное передвижение даже после 60 лет. Мышечная патология аналогична результатам, наблюдаемым при болезни Данона. Есть некоторые особенности, которые отличаются от болезни Данона, что указывает на то, что XMEA представляет собой другую миопатию. Другие характерные особенности включают отложение комплемента C5b-9 и кальция [87] на сарколемме. Электронная микроскопия показывает, что базальная пластинка выглядит многослойной [88] и что многочисленные экзоцитозированные материалы находятся внутри базальной пластинки [86, 89].До сих пор ген, ответственный за XMEA, не был идентифицирован, но картирован в теломерной области длинного плеча хромосомы X (Xq28). Поскольку XMEA имеет сходство в патологии с Danon, было высказано предположение, что причинный ген, вероятно, кодирует лизосомальный белок.

    15. Болезнь Помпе (дефицит кислой мальтазы)

    Болезнь Помпе (или болезнь накопления гликогена II типа) является аутосомно-рецессивным заболеванием, обусловленным первичным дефицитом кислоты α -1,4-глюкозидазы, которую также называют кислой мальтазой. Это лизосомальная кислота α -глюкозидаза (GAA; EC 3.2.1.3), экзо-1,4- и -1,6- α -глюкозидаза, которая специфически гидролизует гликоген до глюкозы. Предшественник белка GAA содержит 952 аминокислоты с расчетной молекулярной массой 110 кДа. Кроме того, вновь синтезированный предшественник проходит несколько стадий обработки, чтобы получить зрелые формы 70 и 76 KDa. Сообщалось о более чем 50 мутациях в гене, кодирующем GAA, приводящих к полной или частичной недостаточности лизосомальной GAA.Важно отметить, что среди всех ферментов, ответственных за болезнь накопления гликогена, GAA является единственным ферментом, локализованным в лизосомах, в то время как все остальные ферменты присутствуют в цитозоле. Лизосомальная аномалия наблюдается только при болезни Помпе среди всех болезней накопления гликогена и является прототипом лизосомальной болезни накопления [90, 91]. Клинически это заболевание классифицируют на две формы: младенческую и с поздним началом [92]. Форма с поздним началом подразделяется на детский, ювенильный и взрослый типы. Бессмысленные мутации чаще наблюдаются при инфантильной форме.Дефицит ГАА приводит к накоплению лизосомального гликогена практически во всех клетках организма, но эффекты наиболее заметны в сердечных и скелетных мышцах. Внутрицитоплазматические вакуоли более выражены при инфантильной форме дефицита кислой мальтазы, чем при взрослой форме. Характерно, что эти вакуоли настолько велики, что занимают большую часть пространства во многих мышечных волокнах, что часто приводит к «кружевному» виду. Более того, было замечено, что эти вакуоли содержат аморфные материалы и сильно окрашиваются периодической кислотой по Шиффу, что указывает на то, что они содержат гликоген.

    16. Нервно-мышечные расстройства

    Нервно-мышечные расстройства характеризуются накоплением телец-включений, помимо наличия в их клетках вакуолей, и классифицируются как спорадический миозит с тельцами-включениями (sIBM). Спорадический миозит с включениями (sIBM) является наиболее распространенным прогрессирующим заболеванием мышц у пожилых людей [93, 94]. Характерными чертами sIBM мышечных волокон являются аутофагические вакуоли, накопление убиквитин-позитивных мультибелковых агрегатов, содержащих неправильно свернутые белки в конформации складчатого листа амилоида, и воспаление мононуклеарных клеток [95, 96].В дополнение к их вакуолизации, sIBM мышечные волокна имеют другие интригующие особенности, и их клинический спектр включает фенотипическое сходство с мозгом при болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона [94].

    Неисправность CMA была описана при семейных формах болезни Паркинсона, когда мутировавший 𝛼-synuclein доставляется в лизосомы для деградации посредством CMA. Но после связывания с LAMP-2A он не может перемещаться в просвет лизосом, что приводит к блокированию этого пути [97].При старении активность СМА снижается из-за снижения уровня LAMP-2A на лизосомальной мембране [98], вызывая накопление аномальных белков, что приводит к более высоким стрессорам, характерным для старых организмов [39, 98–101].

    Вакуоли в мышечных волокнах sIBM считаются аутофагическими, поскольку они часто содержат (i) лизосомальные мембранные остатки при световой и электронной микроскопии, что считается результатом неперевариваемости нормально превращающихся или патологически поврежденных клеточных белков и органелл, (ii ) положительная реакция на кислую фосфатазу и (iii) повышенная иммунореактивность некоторых лизосомальных ферментов [102, 103]. Хотя патогенез sIBM кажется сложным и многофакторным, предполагается, что накопление нерасщепленных, неправильно свернутых белков и предположительно токсичных олигомеров является важным аспектом. Недавно сообщалось об повышенном синтезе и накоплении p62/SQSTM1 в мышечных волокнах и культивируемых миоцитах человека из sIBM. Р62 является убиквитин-связывающим белком, предположительно перемещающим полиубиквитинированные белки для их деградации как протеасомами, так и лизосомами, что было продемонстрировано [104, 105].Повышенное накопление p62/SQSTM1 в мышечных волокнах sIBM также является индикатором неадекватной системы утилизации белка.

    Два основных пути деградации клеточных белков относятся к 26S протеасомной и аутофагической/лизосомной системам. Протеасома 26S, также называемая убиквитин-протеасомной системой, является основным механизмом деградации (i) нормальных регуляторных и других короткоживущих белков и (ii) белков с неправильной укладкой, экспортируемых из эндоплазматического ретикулума (ER) посредством убиквитин-опосредованного АТФ-независимого процесса. [106–108].Однако долгоживущие структурные белки, поврежденные или неправильно свернутые белки и устаревающие клеточные органеллы деградируют посредством аутофагии [109-112]. Макроаутофагия относится к образованию и созреванию аутофагосом, которые представляют собой структуры, несущие белки и органеллы, предназначенные для лизосомной деградации, как обсуждалось ранее. Аномальное накопление внутри клетки неправильно свернутых или поврежденных белков, которое может происходить из-за их избыточной продукции, ингибирования протеасом, окислительного стресса или других стрессоров, увеличивает потребность в аутофагической деградации, сопровождающейся повышенным образованием и созреванием аутофагосом [105, 107].Однако, когда лизосомная деградация нарушена или количество материала, подлежащего деградации, превышает возможности лизосом, образование аутофагосом резко возрастает, что приводит к образованию аутофагических вакуолей. В клетках млекопитающих присутствие на иммуноблотах белка LC3-II, липидированной формы аутофагосомного белка LC3 (микротрубочкоассоциированный белок легкой цепи 3B), считается наиболее важным индикатором повышенного образования и созревания аутофагосом [110, 112]. .

    Недавно обнаруженное заболевание, миопатия с тельцами включения, болезнь Педжета костной и лобно-височной деменции (IBMPFD), также демонстрирует сходную с sIBM патологию в мышечных волокнах.Заболевание связано с мутацией p97/VCP (валозин-содержащего белка). VCP принадлежит к семейству АТФаз типа II, связанных с различными клеточными активностями (ААА), имеющих два АТФазных домена. Было высказано предположение, что он участвует в ряде клеточных активностей, включая гомотипическое слияние мембран, активацию транскрипции, реконструкцию ядерной оболочки, повторную сборку постмитотических органелл, контроль клеточного цикла, апоптоз и связанную с эндоплазматическим ретикулумом деградацию белков (ERAD).Патология включает накопление телец включения, положительных на убиквитин и Tar-связывающий белок-43 (TDP-43). Белок TDP-43 эволюционно консервативен, и его структура состоит из домена, богатого глицином, и двух мотивов распознавания РНК. Точная функция TDP-43 остается неясной, хотя известно, что он связывает ДНК и РНК (например, мотивы последовательности ДНК TAR вируса иммунодефицита человека типа 1) и участвует в регуляции сплайсинга матричной РНК и пропуска экзонов. Также было продемонстрировано повышенное окрашивание LC3-II и TUNEL-положительные ядра.Клинический спектр также включает болезнь Педжета костей и лобно-височную деменцию, помимо миопатии с тельцами включения. Эти данные предполагают, что IBMPFD может быть связано с нарушением аутофагии и стрессом ER [113].

    17. Болезни и лечение аутофагии

    Для лечения расстройств, связанных с аутофагией, используется несколько препаратов, но одновременное лечение еще не разработано. Здесь он был сосредоточен на лекарствах отдельно или в комбинации с лечением болезни. Лекарства использовались либо для индукции, либо для блокирования пути аутофагии для облегчения заболевания.

    3-Метиладенин (3-МА) давно известно, что он является селективным и мощным ингибитором зависимой от аутофагии деградации белка и подавляет образование аутофагосом [114, 115]. Другой агент, бафиломицин A1 (Baf A1), блокирует слияние аутофагосом и лизосом [116]. Как 3-MA, так и Baf A1 могут ингибировать аутофагию в дозах 10 мМ и 100 нМ соответственно в клетках NB4. Экспрессия LC3 и Beclin1 снижалась при обработке 3-MA. В клетках, обработанных Baf A1, аутофагия ингибируется до слияния аутофагосом и лизосом.В результате агрегаты LC3-II были обнаружены на аутофагосомах и не могут быть расщеплены путем слияния аутофагосом и лизосом. Следовательно, в этих клетках увеличение экспрессии LC3-II указывает на подавление аутофагии.

    Другой препарат LY294002 (LY) является ингибитором пути Akt. LY использовался для изучения того, подавляет ли блокирование пути Akt аутофагию. Результаты ЭМ показывают, что образование аутофагосом уменьшилось в клетках, обработанных LY. Кроме того, Беклин-1 и LC3-II также снижаются в клетках NB4.Это означает, что ингибирование Akt может подавлять аутофагию [116].

    До сих пор сообщалось о четырех ингибиторах p97. (1) Eeyarestatin I представляет собой ингибитор ERAD, который, как было обнаружено, напрямую связан с p97 и ER. Он ингибирует р97-ассоциированные деубиквитинирующие ферменты, а также р97-зависимую деградацию белков, за исключением активности АТФазы. Было продемонстрировано, что деубиквитинирование, связанное с p97, участвует в ERAD. (2) Соединения 2-анилино-4-арил-1,3-тиазола ингибируют активность р97-АТФазы и р97-ассоциированную деградацию белка.(3) Ингибитор Syk III необратимо ингибировал активность АТФазы p97 посредством его взаимодействия с Cys522 в пределах домена АТФазы D2 p97 ​​и репортерного белка, слитого с убиквитином. (4) Химический агент N2,N4-дибензилхиназолин-2,4-диамин (DBeQ) был идентифицирован как селективный, сильнодействующий, обратимый и АТФ-конкурентный ингибитор p97 путем скрининга библиотеки химических соединений. DBeQ ингибировал ERAD и аутофагию и индуцировал апоптоз, активируя несколько каспаз. DBeQ также показал антипролиферативную активность в отношении раковых клеток человека.

    Было продемонстрировано, что ингибирование убиквитин-протеасомной системы и гомеостаза ER может предложить привлекательные терапевтические возможности для некоторых типов рака человека. Таким образом, разработка ингибиторов р97 стала терапевтической стратегией для лечения рака человека. Интересно отметить, что уровень экспрессии р97 коррелирует с прогрессированием, прогнозом и рецидивом некоторых видов рака [117].

    Было идентифицировано множество соединений, которые либо препятствуют, либо блокируют протеасомную функцию.К ним относятся β -лактоны, такие как кластолактацистин, пептидилальдегиды, такие как MG132 (карбобензокси-L-Leu-L-Leu-L-Leu), и пептидилборонаты, такие как Velcade (бортезомиб/PS-341). Лактацистин связывается ковалентно, тогда как MG132 и велкейд обратимо связываются с N-концевым остатком Thr субъединицы 𝛽1 в протеасоме 26S. Велкейд (бортезомиб/PS-341) представляет собой протеосомный ингибитор, который, как было показано, блокирует целенаправленную протеолитическую деградацию короткоживущих белков, участвующих в поддержании, росте, делении и гибели клеток, что свидетельствует в пользу использования протеосомных ингибиторов в качестве терапевтических агентов. .Было продемонстрировано, что использование одного ингибитора протеасом для терапии и комбинации ингибиторов протеасом лактацистина и MG132 может быть более эффективным в индукции апоптоза [118].

    18. Заключение

    Таким образом, для лечения этого заболевания требуется углубленное изучение механизма и регуляции аутофагии при раке, а также его индукторов и ингибиторов. Точно так же необходимо сосредоточить внимание на некоторых миопатиях и нервно-мышечных расстройствах в связи с аутофагией и гибелью клеток.Исследование может быть полезным для открытия лекарств и их применения для облегчения расстройств, связанных с аутофагией.

    Что такое аутофагия?

    Недавно соучредитель Twitter Джек Дорси написал в Твиттере о своих экспериментах с прерывистым голоданием: «Я ежедневно голодаю по 22 часа (только ужин), — написал он, — а недавно провел трехдневное голодание на воде. Больше всего я замечаю, как сильно время замедляется».

    Слово аутофагия было придумано бельгийским биохимиком Кристианом де Дювом в 1963 году, но наше понимание этого процесса значительно продвинулось в этом столетии, а в 2016 году японский биолог Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за свои открытия и исследования механизмов, лежащих в основе аутофагия.Однако, как быстро отмечают исследователи, эта область все еще нова, и большая часть аутофагии остается загадкой.

    Вот ответы на несколько наших собственных вопросов об аутофагии.

    Что такое аутофагия?
    Цитируя несколько исследований, проведенных за последние несколько лет, можно сказать, что аутофагия — это «процесс клеточного домашнего хозяйства», который имеет решающее значение для «контроля качества клеток» и позволяет клеткам лучше «адаптироваться к стрессу».

    Мне также нравится простота названия этой статьи 2015 Nature : «Ешь себя, поддерживай себя.

    Лично я думал об аутофагии как о методе расхламления КонМари, но на клеточном уровне — вместо того, чтобы выбрасывать вещи, мое тело сжигает их, а затем создает новые вещи из «пепла».

    А голодание вызывает аутофагию?
    Похоже, что да, хотя большинство исследований аутофагии, вызванной голоданием, проводилось на животных. Голодание и ограничение калорий традиционно связывают с более медленным старением и увеличением продолжительности жизни, хотя их явная роль в запуске аутофагии все еще проявляется.Как говорится в одной статье 2018 года: «Подавляющие доказательства [предполагают], что аутофагия индуцируется в самых разных тканях и органах в ответ на голодание».

    А посты должны быть на 24 часа и дольше?
    Непонятно. 24-часовой маркер был взят из исследований на мышах, а метаболизм мыши не обязательно соответствует метаболизму человека.

    В интервью The Cut нефролог (нефролог) и исследователь голодания Джейсон Фанг предположил, что аутофагия, при которой «ваше тело берет самые старые, самые вредные белки и сжигает их для получения энергии», происходит «вероятно, на более поздних стадиях голодания». долго быстро — где-то от 20 до 24 часов, я думаю, и, вероятно, достигает максимума где-то около 32 часов, опять же, мое лучшее предположение.

    Произойдет ли в любом случае аутофагия, даже если я никогда не буду голодать так долго?
    Да, хотя это трудно измерить (об этом ниже). Насколько я понимаю, аутофагия — это процесс, который регулярно происходит в определенных организмах (например, в людях, мышах и дрожжах), но голодание и другие формы стресса, такие как физические упражнения, ускоряют его до своего рода очистительного перенапряжения.

    Однако дефекты в генах, связанных с аутофагией, легче изучать, и они связаны с возникновением определенных заболеваний человека, таких как некоторые формы рака, нейродегенеративные заболевания (такие как болезнь Паркинсона и Альцгеймера), нарушения обмена веществ и аутоиммунные заболевания.

    Как произносится аутофагия?
    » О-ТОФФ-э-э-э-э-э «, хотя мне сказали, что » отто-ФЭЙ-гы » тоже нормально, но, возможно, человек, который сказал это, просто из вежливости.

    Как аутофагия приносит пользу людям?
    На базовом уровне аутофагия уже является важной частью клеточной функции, при которой происходит разборка «ненужных или дисфункциональных» клеточных компонентов, таких как те, которые в противном случае могли бы привести к заболеванию.

    Некоторые исследования показали, что аутофагия помогает бороться с инфекционными заболеваниями, регулировать воспаление и укреплять иммунную систему.Дефицит аутофагии также был связан с депрессией и шизофренией.

    У людей, возможно, повышенная аутофагия также может способствовать увеличению продолжительности жизни, хотя связь остается туманной. (Опять же, большинство исследований аутофагии было проведено на животных. В некоторых исследованиях мыши, чьи реакции аутофагии были активированы с помощью лекарств или голодания, «как правило, живут дольше и в целом находятся в лучшей форме», как утверждает один из представителей молекулярной нейрогенетики. сказал профессор Би-би-си в прошлом году. )

    Исследователей особенно интересует то, как аутофагия, вызванная голоданием, взаимодействует с раком, хотя ее последствия сложны и неясны. Исследователь долголетия Вальтер Лонго, доктор философии, недавно сказал в подкасте Science Vs. , «Как только рак спутан и ослаблен голоданием, если добавить традиционную медицину, вроде химиотерапии, то это как раз-два удара».

    С другой стороны, исследования также показали, что аутофагия может иметь противоположный эффект, делая опухоли сильнее и более устойчивыми к радиации.Согласно одному отчету за 2011 год, «аутофагия играет двойную роль при раке, действуя одновременно как супрессор опухоли» и как механизм «стимулирования роста установленных опухолей». Кроме того, из обзора аутофагии 2016 года: «Аутофагия играет как положительную, так и отрицательную роль при раке, и это привело к разногласиям по поводу того, следует ли пытаться манипулировать аутофагией в терапии рака».

    Есть также опасения, что чрезмерное снижение веса, вызванное голоданием, может быть опасным, особенно для больных раком.

    Значит, когда происходит аутофагия, происходит ли это во всем моем теле, везде?
    По сути, за одним заметным исключением: голодание вызывает аутофагию в большинстве органов (например, в печени, мышцах и поджелудочной железе), но «не в мозгу».

    Есть ли какие-либо преимущества аутофагии, которые звучат слишком хорошо, чтобы быть правдой, но вы все равно хотите их включить, потому что никогда не знаете?
    Что ж, все это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой — это невероятно простой способ избавиться от внутренних проблем — но мне особенно нравится расплывчатая идея о том, что аутофагия может быть полезна для цвета лица и, возможно, для лечения кожных заболеваний, таких как псориаз.

    Мне также нравятся анекдотические истории о людях, которые сильно похудели с помощью голодания, но после этого не нуждались в операциях по удалению кожи, потому что их тела «съели» оставшуюся кожу. Как сказал мне Джейсон Фунг о своих клиниках голодания: «Мы никогда не отправляли ни одного человека на операцию по удалению кожи. У нас есть неподтвержденные случаи, когда люди потеряли 120, 130 фунтов, и они сказали, что их кожа тоже уменьшилась. Я такой: «Да, потому что весь этот лишний белок нужно было сжечь». Не лишний жир. Тело просто не настолько глупо, чтобы держать вокруг себя всю эту лишнюю кожу.Потому что помните, во время голодания вы активируете путь в своем теле, который говорит: «Хорошо, нам нужно пристегнуться, потому что мы живем во время голода, так сказать, и нам не нужна вся эта лишняя кожа». , так что давайте сжечь его. А если понадобится, построим снова».

    Какие исследования аутофагии, вызванной голоданием, проводились на людях?
    Это не обязательно было связано с аутофагией, но исследование JAMA Oncology 2016 года на женщинах с раком груди показало, что у тех, кто голодал более 13 часов в день, частота рецидивов рака была ниже.

    В работе находятся еще несколько исследований — о влиянии голодания на рак легких, рак предстательной железы, глиобластому, рак молочной железы и яичников — результаты которых должны быть опубликованы в ближайшие годы.

    Исследования аутофагии, вызванной голоданием, в частности у людей, все еще продолжаются. В статье 2018 года об аутофагии и заболеваниях человека аутофагия резюмируется как играющая роль в «растущем числе» расстройств, «от бактериальных и вирусных инфекций до рака, а в последнее время — в нейродегенеративных и других возрастных заболеваниях.

    Может ли аутофагия быть вредной?
    Аутофагия была описана как «палка о двух концах» из-за ее кажущейся способности как «усугублять, так и смягчать травмы».

    Голодание в целом может способствовать развитию камней в желчном пузыре, которые могут развиваться, когда желчь, хранящаяся в желчном пузыре, затвердевает и превращается в камнеподобное вещество.

    Голодание вообще не рекомендуется людям с недостаточным весом, беременным, детям и очень пожилым людям.

    Можно ли считать голодание, вызывающее аутофагию, расстройством пищевого поведения? Нет, хотя чрезмерное голодание, вызывающее аутофагию, может накладываться на анорексию.Тем не менее, многие люди голодают не только для контроля веса, но и для предотвращения болезней, удержания мышц и ясности ума.

    Можете ли вы голодать, чтобы вызвать аутофагию, слишком много или слишком часто?
    Да. Точных правил или рекомендаций нет (пока?), но исследователи сходятся во мнении, что длительное голодание для аутофагии — например, 36, 48 или даже 72 часа без еды (например, трехдневное водное голодание Джека Дорси) — это то, что здоровые люди следует делать не чаще 2-3 раз в год и только после консультации с врачом.

    Есть ли способ узнать наверняка, происходит ли аутофагия в моем собственном теле? Есть ли способ измерить это?
    Еще нет. Измерение аутофагии у людей — или измерение «аутофагического потока» — сложно, потому что оно включает в себя коэффициенты роста и падения определенных крошечных белков (таких как белок LC3 и его варианты).

    Например, не существует такого понятия, как «аутофагометр», и исследование 2017 года показало, что «практически невозможно должным образом отслеживать аутофагию у людей.А пока вы можете измерить такие вещи, как глюкоза и кетоны, на которые влияет голодание. (И уровни LC3 можно сравнить с помощью вестерн-блоттинга или иммуноблота, идентифицирующего белок, в анализе крови. )

    Вам попадались стихи об аутофагии?
    Забавно, что вы должны спросить. Сначала я наткнулся на это («Все в беспорядке»), но потом я наткнулся на другое («Аутофагия и рак») того же автора — Роберты Готтлиб, доктора медицинских наук, редактора Autophagy in Health and Disease и главы Лаборатория Готлиба в Cedars-Sinai — и все это здорово, но это была моя любимая часть:

    Аутофагия — это хорошо, аутофагия — это плохо

    Путаницы достаточно, чтобы свести нас всех с ума

    Поэтому мы должны учиться и узнавать еще больше

    Пока просветление, наконец, не откроет дверь

    Онкологи должны прислушаться к повестке дня опухоли

    враг или друг-а.

    Оставайтесь на связи.

    Получайте информационный бюллетень Cut ежедневно

    Vox Media, LLC Условия и уведомление о конфиденциальности

    Аутофагия необходима для гомеостаза липидов во время темнового старения | Физиология растений

    Получить помощь с доступом

    Институциональный доступ

    Доступ к контенту с ограниченным доступом в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок.Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту следующими способами:

    Доступ на основе IP

    Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с проверкой подлинности IP.

    Войдите через свое учреждение

    Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения.

    Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

    1. Щелкните Войти через свое учреждение.
    2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
    3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением.Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
    4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

    Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

    Вход с помощью читательского билета

    Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

    Члены общества

    Многие общества предлагают своим членам доступ к своим журналам с помощью единого входа между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Из журнала Oxford Academic:

    1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
    2. Находясь на сайте общества, используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
    3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

    Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

    Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для своих членов.

    Личный кабинет

    Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

    Некоторые общества используют личные учетные записи Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

    Институциональная администрация

    Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению институциональной учетной записью. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т. д.

    Просмотр ваших зарегистрированных учетных записей

    Вы можете одновременно войти в свою личную учетную запись и учетную запись своего учреждения.Щелкните значок учетной записи в левом верхнем углу, чтобы просмотреть учетные записи, в которые вы вошли, и получить доступ к функциям управления учетной записью.

    Выполнен вход, но нет доступа к содержимому

    Oxford Academic предлагает широкий ассортимент продукции. Подписка учреждения может не распространяться на контент, к которому вы пытаетесь получить доступ. Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому контенту, обратитесь к своему библиотекарю.

    Что нужно знать перед началом голодания

    Наши клетки проходят через нормальный физиологический механизм, при котором они буквально питаются сами собой — процесс, известный как аутофагия ( произносится как аа-ТАА-фух-джи ). Слово аутофагия происходит от греческих префиксов auto- (сам) и -phagy (питаться). Эта форма клеточного домашнего хозяйства позволяет нашему организму удалять поврежденные части клеток, перерабатывая другие. Вызов аутофагии, особенно с помощью продолжительных голоданий, стал популярной привычкой среди сторонников долголетия и биохакинга как способ улучшить здоровье и жить дольше. Но безопасно ли это? Какова продолжительность слишком длительного голодания? Каково положение современной литературы в людях? В этой статье мы погрузимся в популярную (но все еще относительно неизведанную) область аутофагии.

    Аутофагия — это форма клеточного «домашнего хозяйства», при которой неправильно свернутые белки, поврежденные органеллы и патогены расщепляются и удаляются из клеток. Как видно на диаграмме ниже, когда начинается процесс аутофагии, начинает формироваться структура (или аутофагосома). После полного закрытия аутофагосома сливается с лизосомой — органеллой, содержащей ферменты, которые могут разлагать и разрушать молекулы. Слияние обеих органелл создает аутолизосому, где происходит деградация клеточных частей.Другие части перерабатываются и повторно используются для ремонта клеток.[1]

    Рисунок 1. Процесс аутофагии. Перепечатано из Jing, K., Lim, K. Почему аутофагия важна при заболеваниях человека?. Exp Mol Med 44, 69–72 (2012). https://doi.org/10.3858/emm.2012.44.2.028

    Аутофагия играет жизненно важную роль в гомеостазе клеточного здоровья, поскольку результат приводит к более здоровым клеткам, а также к гибели и удалению поврежденных и дисфункциональных.Аутофагия играет решающую роль во многих областях здоровья, включая профилактику многочисленных заболеваний, таких как рак, диабет, аутоиммунные заболевания, инфекции, нейродегенеративные и сердечно-сосудистые заболевания. Как и многие физиологические процессы в организме, аутофагия снижается с возрастом, но различные исследования на животных и клетках показывают, что повышенная активация аутофагии может привести к увеличению продолжительности жизни.[2-3]

     

    Нарушение регуляции аутофагии — слишком слабое или чрезмерное — может быть вредным и привести к аномальному росту или гибели клеток.Например, прекращение аутофагии на длительный период может повлиять на рост клеток и привести к ряду нарушений, включая образование опухолей. Напротив, чрезмерная стимуляция аутофагии в опухолевых клетках позволяет им выживать в стрессовых условиях, таких как химиотерапия и гипоксия.[2] Основываясь на текущих исследованиях, существуют безопасные и практичные способы вызвать аутофагию в полезной степени и улучшить здоровье наших клеток и органов. [2-3] Но, как и многие другие темы в области долголетия, необходимы дополнительные исследования на людях. чтобы полностью понять результаты индуцированной аутофагии.

     

    Аутофагия может быть вызвана различными стрессовыми состояниями, в том числе ограничением калорий (CR), голоданием и физическими упражнениями.[2] Некоторые продукты и лекарства также могут стимулировать аутофагию с помощью различных механизмов. Клинические исследования показывают, что долгосрочное ограничение калорий (3-15 лет) приводит к усилению экспрессии генов аутофагии и более высокому уровню молекул, участвующих в удалении дисфункциональных белков и органелл.[4] Широко признано, что и ОК, и голодание могут привести к улучшению здоровья и долголетию, и аутофагия, вероятно, играет в этом ключевую роль.

    Рисунок 2. Изменения в экспрессии генов аутофагии во время eTRF.

    Перепечатано из «Раннее ограниченное по времени кормление улучшает 24-часовой уровень глюкозы и влияет на маркеры циркадных часов, старение и аутофагию у людей», Джамшед и др. 2019, Nutrients vol. 27,3.

    Как прерывистое, так и длительное голодание также приводят к увеличению активности аутофагии.В перекрестном исследовании 2019 года исследователи проанализировали многочисленные маркеры, связанные с долголетием, включая экспрессию генов аутофагии. Группа из 11 взрослых с избыточным весом следовала графику раннего кормления с ограничением по времени (eTRF) и обычному графику приема пищи. Схема eTRF привела к улучшению показателей долголетия, включая увеличение на 22% продукции гена аутофагии LC3A всего за четыре дня. Несколько исследований на людях также показывают, что длительное голодание приводит к усилению аутофагической активности с помощью различных механизмов. [5-7]

    Упражнения также вызывают аутофагию в мышечной ткани[8-10]. Маркеры аутофагии немедленно увеличиваются после коротких приступов интенсивных упражнений, а также в течение более длительных тренировок средней интенсивности. [8,10] Некоторые исследователи стремились определить, могут ли упражнения после продолжительного голодания привести к большей активации аутофагии. Тем не менее, одно исследование показало, что упражнений с интенсивностью были более мощными для индукции аутофагии, независимо от того, было ли задействовано голодание [9].

     

    Текущие данные свидетельствуют о том, что от 18 часов (согласно исследованию eTFR) до четырех дней вызывает аутофагию. Как упоминалось выше, прерывистое голодание, ограничение калорий и физические упражнения — все это способы усилить аутофагию, не требующие голодания в течение нескольких дней.

     

    Интересно, что напитки на основе белка могут снижать активность аутофагии.В рандомизированном контрольном перекрестном исследовании восьми мужчинам давали различные белково-углеводные напитки после завершения 36-часового голодания. Маркер активности аутофагии (соотношение LC3II/LC3I) измеряли во время голодания по сравнению с периодами без голодания. Снижение аутофагии происходило, когда мужчины потягивали напитки, богатые белком (богатая лейцином сыворотка или белок на основе сои), но не богатые углеводами. Исследователи отметили, что эти результаты согласуются с исследованиями на грызунах, где аминокислоты с разветвленной цепью имеют тенденцию подавлять аутофагию во время катаболических состояний (таких как голодание).Глюкоза, с другой стороны, не влияет на аутофагию.[7]

     

    Текущие исследования показывают, что кофе не останавливает аутофагию. Исследования, проведенные на мышах, показывают, что кофе фактически стимулирует аутофагию в некоторых тканях.[11]

    Недавние исследования показали, что полифенолы, полезные соединения, обнаруженные в растениях, могут играть роль в индукции аутофагии. Полифенолы стимулируют различные пути, что может привести к аутофагии и увеличению продолжительности жизни. [3] Например, ресвератрол — распространенный индуктор аутофагии, содержащийся в кожуре винограда и орехах. Другие полифенолы включают кверцетин, катехины зеленого чая и куркумин. Следующие продукты содержат полифенолы, способствующие аутофагии:

    • Зеленый чай
    • Виноградная кожица (красное вино)
    • Гайки
    • Лук репчатый
    • Яблоки
    • Ягоды
    • Куркума
    • Соевые бобы
    • Расторопша пятнистая

     

    • Аутофагия — это форма клеточного домашнего хозяйства, при которой неправильно свернутые белки, поврежденные органеллы и патогены расщепляются и удаляются из клеток.
    • Аутофагия играет решающую роль во многих областях здоровья, и, как и многие физиологические процессы в организме, аутофагия снижается с возрастом.
    • Ограничение калорий, голодание и физические упражнения — все это мощные индукторы аутофагии.
    • Полифенолы, полезные соединения, содержащиеся в растениях, также могут играть роль в индукции аутофагии.
    • На людях существует лишь несколько исследований, посвященных голоданию и аутофагии. Необходимы дополнительные исследования, чтобы полностью понять преимущества и последствия аутофагии.

    Что такое аутофагия?

    Слово «аутофагия» происходит от греческих слов «ауто» — «я» и «фагия» — поедание. Аутофагия — это нормальный физиологический процесс в организме, связанный с разрушением клеток в организме.

    Поддерживает гомеостаз или нормальное функционирование за счет деградации белка и обмена разрушенных клеточных органелл для образования новых клеток.

    Во время клеточного стресса процесс аутофагии масштабируется и усиливается.Клеточный стресс возникает при недостатке питательных веществ и/или факторов роста.

    Таким образом, аутофагия может стать альтернативным источником внутриклеточных строительных блоков и субстратов, которые могут генерировать энергию для обеспечения непрерывного выживания клеток.

    Аутофагия и гибель клеток

    Аутофагия также убивает клетки при определенных условиях. Это форма запрограммированной гибели клеток (PCD) и называется аутофагической гибелью клеток. Запрограммированную гибель клеток обычно называют апоптозом.

    Аутофагией называется неапоптотическая запрограммированная гибель клеток с различными путями и медиаторами апоптоза.

    Аутофагия в основном поддерживает баланс между производством клеточных компонентов и разрушением поврежденных или ненужных органелл и других клеточных компонентов.

    Существует несколько основных путей деградации, включающих протеасомы, которые включают расщепление большинства короткоживущих белков.

    Аутофагия и стресс

    Аутофагия позволяет клеткам пережить стресс от внешней среды, такой как лишение питательных веществ, а также позволяет им противостоять внутренним стрессам, таким как накопление поврежденных органелл и проникновение патогенов или инфекционных организмов.

    Аутофагия наблюдается во всех эукариотических системах, включая грибы, растения, слизевики, нематоды, дрозофилы и насекомые, грызуны (лабораторные мыши и крысы), человека.

    Аутофагия — Нобелевская премия по физиологии и медицине 2016 г. Играть

    Типы аутофагии

    Существует несколько типов аутофагии. Это: —

    • Микроаутофагия – в этом процессе цитозольные компоненты непосредственно поглощаются самой лизосомой через лизосомальную мембрану.
    • Макроаутофагия — включает доставку цитоплазматического груза в лизосому через везикулу с двойной мембраной. Это называется аутофагосомой, которая сливается с лизосомой, образуя аутолизосому.
    • Опосредованная шаперонами аутофагия – в этом процессе целевые белки перемещаются через лизосомальную мембрану в комплексе с шаперонными белками (такими как Hsc-70).
    • Микро- и макропексофагия
    • Частичная микроаутофагия ядра
    • Путь нацеливания цитоплазмы на вакуоль (Cvt)

    Макроаутофагия

    В этом методе для доставки цитоплазматического груза к лизосоме используется пузырек с двойной мембраной. Эта двойная мембранная везикула называется аутолизосомой и сливается с лизосомой.

    Микроаутофагия

    В этом методе компоненты цитоплазмы захватываются непосредственно лизосомой путем инвагинации лизосомной мембраны. Как при макро-, так и при микроаутофагии большие структуры могут поглощаться с использованием специфических и неспецифических механизмов.

    Аутофагия, опосредованная шапероном

    В этом методе целевые белки образуют комплекс с белками-шаперонами, а затем транслоцируются через лизосомальную мембрану.Затем этот комплекс распознается лизосомальным мембранным рецептором, ассоциированным с лизосомами мембранным белком 2А, что приводит к развертыванию деградации комплекса.

    Селективная аутофагия

    В некоторых случаях аутофагия может использоваться для селективных органелл. Например, митофагия — это зависимая от аутофагии деградация митохондрий. Эта функция важна для сохранения целостности этих органелл и ограничения количества активных форм кислорода, вырабатываемых митохондриями.

    Uth2p является дрожжевым белком и первым белком, идентифицированным в процессе митофагии. Однако до сих пор неясно, как этот белок взаимодействует с аутофагосомой. Помимо этого белка, в этом процессе недавно были обнаружены другие белки: Atg32, Atg8, Atg11, BNIP3L, Ulk-1, Parkin и т. д.

    Пероксисомы и рибосомы также могут быть избирательно удалены посредством аутофагии. Для селективной аутофагии пероксисом дрожжи используют метод, при котором вакуоль непосредственно поглощает груз, или процесс, при котором груз доставляется в вакуоль через аутофагосому.

    Рибосомы выборочно удаляются голоданием или рибофагией. Этот процесс зависит от каталитической активности убиквитиновой протеазы Ubp3p/Bre5p.

    Сигнальные пути, участвующие в аутофагии

    Рапамицинкиназа (киназа TOR) действует как сигнальная контрольная точка после сигнальных путей фактора роста, гипоксии, АТФ и инсулина. Akt-киназа, PI3-киназа и рецепторы фактора роста могут активировать киназу TOR, когда питательные вещества доступны, и это может способствовать росту и трансляции белка.

    Гипоксия также может активировать аутофагию либо по пути, индуцируемому гипоксией (HIF), либо по пути, независимому от HIF. Гипоксия может способствовать стрессу ER, и митохондрии также имеют сниженную функцию, когда клетка находится в гипоксическом состоянии. Таким образом, селективная аутофагия может помочь в устранении ER и митохондрий, когда недостаточно кислорода.

    Аутофагия также может приводить к остановке клеточного цикла, хотя неясно, зависит ли этот процесс от передачи сигналов TOR.

    Дополнительное чтение

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.