AUTOPHAGY: KARAKTERISTIK, JENIS, FUNGSI, STUDI - BIOLOGI - 2025

The Autophagy adalah sistem degradasi intraseluler terjadi sehingga diawetkan dalam lisosom dari semua sel eukariotik (dan vakuola ragi). Kata ini umumnya digunakan untuk merujuk pada degradasi komponen sitosol atau "bagian" sel yang "usang" atau yang telah berhenti bekerja dengan semestinya.

Istilah autophagy diciptakan pada tahun 1963 di Rockefeller University oleh de Duve, yang juga mengamati dan menjelaskan proses endositosis seluler. Secara harfiah, kata autophagy berarti "memakan diri sendiri", meskipun beberapa penulis menggambarkannya sebagai "kanibalisme diri".

Representasi grafis Macroautophagy dan Microautophagy (Sumber: Cheung dan Ip melalui Wikimedia Commons)

Sistem ini berbeda dari degradasi yang dimediasi oleh proteasome karena autofagi mampu menghilangkan organel intraseluler lengkap dan kompleks protein besar atau agregat secara non-selektif.

Terlepas dari fagositosis non-selektif ini, penyelidikan yang berbeda menunjukkan bahwa autofagi memiliki banyak implikasi fisiologis dan patologis. Karena diaktifkan selama periode adaptasi terhadap kelaparan, selama perkembangan, untuk menghilangkan mikroorganisme yang menyerang, selama kematian sel yang diprogram, untuk menghilangkan tumor, presentasi antigen, dll.

karakteristik

Autofagi, seperti yang telah dibahas, adalah proses yang dimediasi oleh organel sitoplasma yang dikenal sebagai lisosom.

Proses "autophagy" dimulai dengan enkapsulasi organel yang akan didegradasi oleh membran ganda, membentuk tubuh membran yang dikenal dengan autophagosome. Membran autofagosom kemudian menyatu dengan membran lisosom atau dengan endosom akhir.

Masing-masing langkah antara sekuestrasi, degradasi, dan pelepasan asam amino atau komponen lain untuk daur ulang menggunakan fungsi yang berbeda dalam konteks seluler yang berbeda, yang menjadikan autophagy sebagai sistem yang sangat multifungsi.

Autophagy adalah proses yang cukup terkontrol, karena hanya komponen seluler yang ditandai yang diarahkan ke jalur degradasi ini dan penandaan umumnya terjadi selama proses pemodelan ulang seluler.

Misalnya, ketika sel hati membentuk respons detoksifikasi sebagai respons terhadap obat yang larut dalam lemak, retikulum endoplasma halusnya berkembang biak secara signifikan, dan ketika rangsangan yang dihasilkan oleh obat tersebut menurun, retikulum endoplasma halus yang berlebih dikeluarkan dari ruang sitosol oleh autofagi.

Induksi autofagi

Salah satu peristiwa yang paling sering memicu proses autophagic adalah kelaparan.

Bergantung pada organisme yang dipertimbangkan, berbagai jenis nutrisi penting dapat memicu sistem "daur ulang" ini. Dalam ragi, misalnya, meskipun defisiensi karbon dari asam amino dan asam nukleat tertentu dapat menyebabkan autofagi, defisiensi nitrogen adalah stimulus yang paling efisien, yang juga berlaku untuk sel tumbuhan.

Meskipun belum sepenuhnya dipahami, sel memiliki "sensor" khusus untuk menentukan kapan nutrisi atau asam amino esensial berada dalam kondisi sangat rendah, dan dengan demikian memicu seluruh proses daur ulang melalui lisosom.

Pada mamalia, beberapa hormon berpartisipasi dalam regulasi (positif atau negatif) autophagy dalam sel milik organ tertentu, seperti insulin, beberapa faktor pertumbuhan atau interleukin, dll.

Jenis

Ada tiga jenis utama autofagi di antara eukariota: autofagi makro, autofagi mikro, dan autofagi yang dimediasi pendamping. Kecuali ditentukan, istilah autofagi mengacu pada autofagi makro.

Meskipun ketiga jenis autofagi berbeda secara morfologis, semuanya berakhir pada pengangkutan zat ke lisosom untuk degradasi dan daur ulang.

Makroautofagi

Ini adalah jenis autofagi yang bergantung pada pembentukan vesikula fagositik de novo yang dikenal sebagai autofagosom. Pembentukan vesikel ini tidak bergantung pada pembentukan "tunas" membran, karena dibentuk oleh ekspansi.

Dalam ragi, pembentukan autofagosom dimulai di tempat tertentu yang dikenal sebagai PAS, sedangkan pada mamalia banyak tempat berbeda terjadi di sitosol, mungkin terkait dengan retikulum endoplasma melalui struktur yang dikenal sebagai "omegasom".

Ukuran autofagosom sangat bervariasi dan bergantung pada organisme dan jenis molekul atau organel yang difagositosis. Ini dapat bervariasi dari 0,4-0,9 μm dengan diameter pada ragi hingga 0,5-1,5 μm pada mamalia.

Ketika membran autofagosom dan lisosom bergabung, isinya bercampur dan saat itulah pencernaan substrat target autofagi dimulai. Organel ini kemudian dikenal sebagai autolysosome.

Untuk beberapa penulis, macroautophagy dapat disubklasifikasi, pada gilirannya, menjadi autophagy terinduksi dan autophagy baseline. Makroautofagi yang diinduksi digunakan untuk menghasilkan asam amino setelah periode kelaparan yang lama.

Makroautofagi basal mengacu pada mekanisme konstitutif (yang selalu aktif) penting untuk pergantian komponen sitosol dan organel intraseluler yang berbeda.

Mikroautofagi

Autofagi jenis ini mengacu pada proses di mana kandungan sitoplasma dimasukkan ke lisosom melalui invaginasi yang terjadi di membran organel tersebut.

Setelah dimasukkan ke dalam lisosom, vesikula yang dihasilkan oleh invaginasi ini mengambang bebas di lumen sampai mereka terlarut dan isinya dilepaskan dan didegradasi oleh enzim tertentu.

Autofagi yang dimediasi pendamping

Jenis autophagy ini hanya dilaporkan untuk sel mamalia. Tidak seperti autofagi makro dan autofagi mikro, di mana beberapa bagian sitosol tidak difagositosis secara spesifik, autofagi yang dimediasi oleh pendamping cukup spesifik, karena bergantung pada keberadaan rangkaian pentapeptida tertentu di substrat yang akan difagositosis.

Beberapa peneliti telah menentukan bahwa motif pentapeptida ini terkait dengan urutan KFERQ dan ditemukan di lebih dari 30% protein sitosol.

Ini disebut "perantara pendamping" karena protein pendamping bertanggung jawab untuk menjaga agar motif yang dilestarikan ini terbuka untuk memudahkan pengenalannya dan mencegah protein agar tidak terlipat di atasnya.

Protein dengan tag ini ditranslokasi ke lumen lisosom dan terdegradasi di sana. Banyak substrat untuk degradasi adalah enzim glikolitik, faktor transkripsi dan penghambatnya, protein pengikat kalsium atau lipid, subunit proteasom, dan beberapa protein yang terlibat dengan perdagangan vesikuler.

Seperti dua jenis autophagy lainnya, autophagy yang dimediasi pendamping adalah proses yang diatur di berbagai tingkatan, dari pengenalan label hingga pengangkutan dan degradasi substrat dalam lisosom.

fitur

Salah satu fungsi utama proses autofagik adalah menghilangkan organel tua atau "basi", yang ditandai oleh berbagai rute degradasi di dalam lisosom.

Berkat pengamatan mikrograf elektron lisosom dalam sel mamalia, keberadaan peroksisom dan mitokondria telah terdeteksi di dalamnya.

Dalam sel hati, misalnya, masa hidup rata-rata mitokondria adalah 10 hari, setelah itu organel ini difagositosis oleh lisosom, di mana ia terdegradasi dan komponennya didaur ulang untuk tujuan metabolisme yang berbeda.

Dalam kondisi konsentrasi nutrisi rendah, sel dapat memicu pembentukan autofagosom untuk "menangkap" bagian sitosol secara selektif, serta metabolit yang dicerna dalam autofagosom ini dapat membantu sel bertahan saat kondisi eksternal membatasi dari titik tertentu. dari sudut pandang nutrisi.

Peran dalam kesehatan dan pembangunan

Autophagy memiliki fungsi penting dalam restrukturisasi sel dalam proses diferensiasi, karena ikut membuang bagian sitosol yang tidak diperlukan pada waktu tertentu.

Ini juga memiliki implikasi penting bagi kesehatan sel, karena merupakan bagian dari mekanisme pertahanan melawan virus dan bakteri yang menyerang.

Studi Yoshinori Ohsumi

Yoshinori Ohsumi, seorang peneliti Jepang pemenang Hadiah Nobel 2016 di bidang Fisiologi dan Kedokteran, menggambarkan mekanisme molekuler autophagy dalam ragi sambil mempelajari nasib metabolisme banyak protein dan vakuola dari organisme bersel tunggal ini.

Dalam karyanya, Ohsumi tidak hanya mengidentifikasi protein dan jalur yang terlibat dalam proses tersebut, tetapi juga mendemonstrasikan bagaimana jalur autofagi diatur berkat aksi protein yang mampu "merasakan" keadaan metabolisme yang berbeda.

Karyanya dimulai dengan pengamatan mikroskopis yang tepat dari vakuola selama peristiwa degradasi yang intens. Vakuola dianggap sebagai tempat penyimpanan ragi "sampah" dan puing-puing seluler.

Dengan mengamati khamir dengan genotipe mutan yang cacat untuk berbagai gen yang terkait atau secara hipotetis terkait dengan autofagi (dikenal sebagai gen ATG), peneliti ini dan kolaboratornya mampu menggambarkan sistem autofagik ragi pada tingkat genetik.

Selanjutnya, kelompok peneliti ini menentukan karakteristik genetik utama dari protein yang dikodekan oleh gen ini dan memberikan kontribusi signifikan tentang interaksi mereka dan pembentukan kompleks yang bertanggung jawab untuk inisiasi dan pelaksanaan autofagi dalam ragi.

Berkat karya Yoshinori Ohsumi, hari ini kami lebih memahami aspek molekuler autofagi, serta implikasi pentingnya dalam berfungsinya sel dan organ yang membentuk kita dengan benar.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (edisi ke-6th). New York: Ilmu Garland.
2. Klionsky, DJ, & Emr, SD (2000). Autophagy sebagai jalur degradasi sel yang diatur. Sains, 290, 1717-1721.
3. Mizushima, N. (2007). Autophagy: proses dan fungsi. Genes & Development, 21, 2861–2873.
4. Mizushima, Noboru, & Komatsu, M. (2011). Autophagy: Renovasi sel dan jaringan. Sel, 147, 728-741.
5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autofagi dan metabolisme. Sains, 330, 1344-1348.