OTOFAJİ

 Otofaji (veya otofagositoz) (Antik Yunanca αὐτόφαγος autóphagos, "kendi kendini yutan" ve κύτος kýtos, "içi boş" anlamına gelir), hücrenin doğal, korunmuş bozunma lizozoma bağımlı düzenlenmiş mekanizmasıdır. gereksiz veya işlevsiz bileşenler. Hücresel bileşenlerin düzenli bir şekilde bozulmasına ve geri dönüştürülmesine izin verir. Başlangıçta açlığa karşı koruma sağlamak için indüklenen ilkel bir bozunma yolu olarak nitelendirilmesine rağmen, otofajinin aç olmayan hücrelerin homeostazında da önemli bir rol oynadığı giderek daha açık hale geldi. Otofajideki kusurlar, nörodejenerasyon ve kanser dahil olmak üzere çeşitli insan hastalıklarıyla ilişkilendirilmiştir ve bu hastalıklar için potansiyel bir tedavi olarak otofajiyi modüle etmeye olan ilgi hızla artmıştır.

Şekil 1: (A) Otofagozomlar, AP ve otolizozomlar, AL yapılarını üreten otofaji sürecinin diyagramı; (B) Bir meyve sineği larvasının yağ gövdesindeki AP ve AL otofajik yapılarının elektron mikrografı; (C) Aç farelerin karaciğer hücrelerinde floresan etiketli otofagozomlar AP.

Dört otofaji formu tanımlanmıştır: makrootofaji, mikrootofaji, şaperon aracılı otofaji (CMA) ve krinofaji. Makrootofajide (otofajinin en kapsamlı şekilde araştırılmış şekli), sitoplazmik bileşenler (mitokondri gibi) hedeflenir ve hücrenin geri kalanından otofagozom olarak bilinen çift zarlı bir kesecik içinde izole edilir, zamanla, mevcut bir lizozomla birleşerek özel atık yönetimi ve bertaraf sürecini getirir; ve sonunda vezikülün içeriği (şimdi otolizozom olarak adlandırılır) bozulur ve geri dönüştürülür. Krinofajide (otofajinin en az bilinen ve araştırılan şekli), gereksiz salgı granülleri bozulur ve geri dönüştürülür.

Hastalıkta, otofaji, hücrenin hayatta kalmasını destekleyen, strese uyum sağlayan bir yanıt olarak görülmüştür; ancak diğer durumlarda, hücre ölümünü ve morbiditeyi arttırdığı görülmektedir. Aşırı açlık durumunda, hücresel bileşenlerin parçalanması, hücresel enerji seviyelerini koruyarak hücresel hayatta kalmayı destekler.

"Otofaji" kelimesi 19. yüzyılın ortalarından beri vardı ve sıklıkla kullanılıyordu. Bugünkü kullanımıyla otofaji terimi, 1963'te Belçikalı biyokimyacı Christian de Duve tarafından lizozomun işlevlerini keşfetmesine dayanarak ortaya atılmıştır. 1990'larda mayadaki otofaji ile ilgili genlerin tanımlanması, araştırmacıların otofaji mekanizmalarını çıkarmasına olanak tanıdı, bu da sonunda 2016 Nobel Fizyoloji Ödülü'ne veya Japon araştırmacı Yoshinori Ohsumi'ye tıp.

Moleküler Biyoloji

Otofaji, otofajiyle ilişkili (Atg) genler tarafından yürütülür. 2003'ten önce, on veya daha fazla isim kullanılıyordu, ancak bu noktadan sonra mantar otofajisi araştırmacıları tarafından birleşik bir isimlendirme geliştirildi. Atg veya ATG, otofaji ile ilgili anlamına gelir. Gen veya protein belirtmez.  

İlk otofaji genleri, Saccharomyces cerevisiae'de yürütülen genetik taramalarla tanımlandı. Tanımlanmalarının ardından bu genler fonksiyonel olarak karakterize edildi ve çeşitli farklı organizmalardaki ortologları tanımlandı ve üzerinde çalışıldı. Bugün, 18'i çekirdek makineye ait olan otuz altı Atg proteini, otofaji için özellikle önemli olarak sınıflandırılmıştır

Memelilerde, amino asit algılama ve büyüme faktörleri ve reaktif oksijen türleri gibi ek sinyaller, mTOR ve AMPK protein kinazlarının aktivitesini düzenler. Bu iki kinaz, Unc-51 benzeri kinazlar ULK1 ve ULK2'nin (Atg1'in memeli homologları) inhibe edici fosforilasyonu yoluyla otofajiyi düzenler. Otofajinin uyarılması, ULK kinazlarının fosforilasyonu ve aktivasyonu ile sonuçlanır. ULK, Atg13, Atg101 ve FIP200 içeren bir protein kompleksinin parçasıdır. ULK, aynı zamanda bir protein kompleksinin parçası olan Beclin-1'i (Atg6'nın memeli homologu) fosforile eder ve aktive eder. Otofaji ile indüklenebilir Beclin-1 kompleksi, PIK3R4(p150), Atg14L proteinlerini ve sınıf III fosfatidilinositol 3-fosfat kinaz (PI(3)K) Vps34'ü içerir. Aktif ULK ve Beclin-1 kompleksleri, her ikisinin de aşağı akış otofaji bileşenlerinin aktivasyonuna katkıda bulunduğu fagofor olan otofagozom başlatma bölgesine yeniden yerleşir.

VPS34 aktif olduğunda, fagoforun yüzeyinde fosfatidilinositol 3-fosfat (PtdIns(3)P) üretmek için lipid fosfatidilinositolü fosforile eder. Üretilen PtdIns(3)P, bir PtdIns(3)P bağlama motifini barındıran proteinler için bir yerleştirme noktası olarak kullanılır. WIPI (fosfoinositidlerle etkileşime giren WD-tekrar proteini) protein ailesinin bir PtdIns(3)P bağlayıcı proteini olan WIPI2'nin, yakın zamanda Atg16L1'i fiziksel olarak bağladığı gösterilmiştir. Atg16L1, otofagozom oluşumu için gerekli olan iki ubikuitin benzeri konjugasyon sisteminden birinde yer alan E3 benzeri bir protein kompleksinin bir üyesidir. WIPI2 tarafından bağlanması onu fagofora alır ve aktivitesine aracılık eder.

Otofajide yer alan iki ubikuitin benzeri konjugasyon sisteminden ilki, ubikuitin benzeri protein Atg12'yi Atg5'e kovalent olarak bağlar. Ortaya çıkan konjuge protein daha sonra Atg16L1'e bağlanarak ikinci ubikuitin benzeri konjugasyon sisteminin bir parçası olarak işlev gören E3 benzeri bir kompleks oluşturur. Bu kompleks, en çok çalışılan LC3 proteinleri olan ubikuitin benzeri maya proteini ATG8'in (LC3A-C, GATE16 ve GABARAPL1-3) memeli homologlarını kovalent olarak bağlayan Atg3'ü yüzeydeki lipid fosfatidiletanolamin'e (PE) bağlar ve aktive eder. otofagozomların. Lipidlenmiş LC3, otofagozomların kapanmasına katkıda bulunur, ve Sequestosome-1/p62 gibi spesifik kargoların ve adaptör proteinlerin kenetlenmesini sağlar. Tamamlanan otofagozom daha sonra SNARE'ler ve UVRAG dahil olmak üzere birçok proteinin eylemleri yoluyla bir lizozomla birleşir. Füzyondan sonra LC3 vezikülün iç tarafında tutulur ve kargo ile birlikte bozunurken, dış tarafa bağlanan LC3 molekülleri Atg4 tarafından parçalanır ve geri dönüştürülür. Otolizozomun içeriği daha sonra bozulur ve yapı taşları permeazların etkisi ile kesecikten salınır.

Sirtuin 1 (SIRT1), kültürlenmiş hücrelerde ve embriyonik ve neonatal dokularda gösterildiği gibi, otofaji için gerekli olan proteinlerin asetilasyonunu (deasetilasyon yoluyla) önleyerek otofajiyi uyarır. Bu fonksiyon sirtuin ekspresyonu ile kalori kısıtlaması nedeniyle sınırlı besinlere hücresel tepki arasında bir bağlantı sağlar.