Nach Ohsumis nobelpreisgekrönter Arbeit der Aufklärung der Autophagie folgten eine Vielzahl weiterer bahnbrechender Erkenntnisse. Das breite Spektrum der Autophagie wird zunehmend erschlossen, ihre Regulation unlängst als Möglichkeit der Prävention verstanden.
Autophagie im Detail
Hier kommt die Wissenschaft!
Sehen Sie die Autophagie detailgenau dargestellt. Der beeindruckende Animationsfilm des paneuropäischen Konsortiums DRIVE (Driving next generation autophagy researchers towards translation) bietet Ihnen die Gelegenheit. Er fasst den Mechanismus der Autophagie nach aktuellem Stand der Wissenschaft zusammen (06.09.2022).
The mechanism of autophagy – YouTube
Das breite Spektrum der Autophagie
Man unterscheidet demnach aus aktueller wissenschaftlicher Perspektive drei wesentliche Arten der Autophagie – die Makroautophagie, die Mikroautophagie und die Chaperon-vermittelte Autophagie. Zudem wurden innerhalb der Makroautophagie, je nach zu recycelndem molekularem Abfall, der sogenannten „Cargo“, unterschiedliche Autophagie-Subtypen definiert.
Richtet sich die Makroautophagie beispielsweise spezifisch gegen Makromoleküle, wie den Zuckerspeicher Glucogen oder den Fettspeicher der Triglyceride, spricht man von den Subtypen Glykophagie beziehungsweise Lipophagie. Ganze Organellen wie Mitochondrien werden dementsprechend durch die sogenannte Mitophagie abgebaut, Teile des endoplasmatischen Retikulums (kurz: ER) mit der ER-Phagie, Teile des Zellkerns mit der Nukleophagie. Sogar in die Zelle eingedrungene Krankheitserreger können durch Makroautophagie eliminiert werden. Dann spricht man von der Xenophagie. Und das Lysosom selbst, der Recyclinghof der Zellen, folgt einem ähnlichen Schicksal, der Lysophagie.¹
Regulation
Im Kern jeder Autophagie steht ihre Regulation durch sogenannte zelluläre Energie-Sensoren, wie die AMP-aktivierte Proteinkinase, AMPK, oder der mechanistic Target of Rapamycin Complex 1, mTORC1. Als Reaktion auf einen Nährstoffmangel beispielsweise oder eine starke körperliche Anstrengung werden AMPK und mTORC1 aktiviert beziehungsweise gehemmt. Wie fallende Dominosteine löst dies weitere zelluläre Signalkaskaden aus, die schlussendlich die Autophagie in der Zelle anregen.
Einst aktiviert, bildet sich in der Zelle ein Membran-„Säckchen“, in das Cargo, wie beispielsweise ein ganzes Organell, eingeschlossen und zum Lysosom transportiert wird. Das Transportsäckchen wird Autophagosom genannt. In der Wissenschaft wird der Prozess der Bildung des Autophagosoms mit den Phasen „Initiation“, „Nucleation“, „Elongation“ und „Maturation“ beschrieben. Mit anschließender Verschmelzung („Fusion“) des Autophagosoms und einem Lysosom kann der Abbau („Degradation“) der Cargo durch Saure Hydrolasen eingeleitet werden.
Letzten Endes gestalten sich Mechanismen und Regulation der Autophagie als überaus komplexe zelluläre Prozesse mit AMPK und mTOR1 gewiss nur als Spitze des Eisbergs. Demgegenüber werden sozusagen täglich neue wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen, die zusammengenommen dem Ziel dienen, einst die Tiefen der Autophagie vollständig verstehen zu können.
¹ Aman Y, Schmauck-Medina T, Hansen M, et al. Autophagy in healthy aging and disease. Nat Aging. 2021;1(8):634-650. doi:10.1038/s43587-021-00098-4