Аутофагия как естественный способ замедлить старение



Аутофагия

Аутофагия означает "поедание себя" (от древнегреческого " aut " - "я" и " фагейн" - "поедать"). Несмотря на то что ее название звучит устрашающе, аутофагия оказывает стимулирующее воздействие на продолжительность и качество жизни.

Что такое аутофагия?

Аутофагия - это способ расщепления клетками неправильного функционирующих или нефункциональных органелл и белков. Это означает, что аутофагия может потреблять органеллы, такие как митохондрии, пероксисомы и эндоплазматический ретикулум.

Митохондрии - это двигатели наших клеток, которые преобразуют питательные вещества в клеточную энергию. Пероксисомы - это маленькие, заключенные в мембраны органеллы, которые содержат ферменты, участвующие в различных метаболических реакциях, включая аспекты энергетического обмена. Эндоплазматический ретикулум представляет собой сеть мембранных канальцев в цитоплазме эукариотической клетки, соединенной с ядерной мембраной. К нему обычно присоединены рибосомы и он участвует в синтезе белков и липидов.

Аберрантные белки и органеллы, если их не контролировать, потенциально могут повредить клетку. По крайней мере, они могут не выполнять свои необходимые функции. Один хороший пример этого - дисфункциональные митохондрии. Аутофагия может выборочно удалять аберрантные митохондрии, которые не имеют мембранного потенциала. Если митохондрии не удаляются они могут выделять активные формы кислорода, вызывающие апоптоз (разрушение клетки).

 

Аутофагия также является одним из способов, с помощью которого наши клетки справляются с нехваткой энергии. Например, после периода голодания клетки организма будут реагировать, разрушая некоторые из своих органелл и белков для получения энергии.

Аутофагию можно еще сравнить с механизмом утилизации. Во время аутофагии белки и органеллы проходят катаболизм - процесс, который расщепляет их на аминокислоты и другие мелкие компоненты. Эти небольшие компоненты могут быть повторно использованы для создания новых белков и органелл.

Подводя итог, аутофагия делает следующие вещи:

удаляет нарушенные белки и органеллы;

регулирует энергетический потенциал;

позволяет перерабатывать катаболизированные белки и органеллы в новые.

Как работает аутофагия?

Скажем, клетка имеет неправильно свернутый белок. Прежде чем его сломать или переварить, его необходимо отделить от всего остального. Если бы это было не так, протеазы (белки, которые расщепляют другие белки) нарушали бы работу клеток, беспорядочно разрушая здоровые всего организма.

Мембрана, называемая фагофором, также известная как изолирующая мембрана, отделяет аберрантный белок от всего остального. Она обвивает белок, образуя то, что называется аутофагосомой, которая попадает в лизосому.

Лизосома представляет собой протеазную упакованную органеллу везикулы, которая расщепляет нежелательные части клетки. Говоря простым языком, это можно представить как мембранный мешок с пищеварительными белками, готовыми разрушить все нежелательные компоненты, которые клетке больше не понадобятся. Если бы клетка была городом, то лизосома была бы центром утилизации и переработки отходов. Аутофагосома сливается с соседней лизосомой, образуя аутолизосому.

старение

Теперь белок подвергается воздействию протеаз, которые могут его переваривать. Как только белок переваривается в аминокислоты, пермеазы и транспортеры уносят аминокислоты туда, где они могут быть использованы. Пермеазы - это белки, которые помогают веществам проникать через мембраны. Аналогично с белками транспортерами, которые, транспортируют ферменты.

Если бы вам пришлось учить маленького ребенка, как работает аутофагия, вы бы объяснили, что вокруг белка образуется маленький пузырек (аутофагосома). Затем он сливается с другим пузырем (лизосомой), образуя новый (аутолизосома). Там белок распадается на более мелкие кусочки. Другие белки помогают в транспортировке этих частей в другие места, чтобы их можно было использовать для строительства новых структур.

Итак, основными этапами аутофагии являются:

разделение белка / органеллы на аутофагосому с помощью фагофора;

создание аутолизосомы посредством слияния аутофагосомы с лизосомой;

расщепление белка/органеллы кислотными протеазами, обнаруженными в лизосоме;

перенос аминокислот (и других продуктов катаболизма) пермеазами и транспортерами для переработки.

Какая от этого польза?

Как упоминалось ранее, аутофагия функционирует как механизм выживания - когда энергия понижается, это помогает развитию нескольких низших организмов, включая дрожжи, Drosophila и C. elegans. У мышей аутофагия способствует изменениям цитозоля во время эмбрионального и постнатального развития. Это облегчает проблему агрегированных или неправильно свернутых белков. Она также избавляет клетки от некоторых типов поврежденных органелл и служит врожденной защитой иммунной системы как от вирусных, так и от бактериальных патогенов.

аутофагия

Несмотря на свое зловещее название, аутофагия играет скорее защитную роль, чем вредную. Это наблюдалось в исследованиях, в которых грызуны подвергались поражению сердца, нервной системы, печени и почек. Она также помогает защитить от нейродегенерации, рака, диабета, а также от болезней сердца, печени и аутоиммунных заболеваний. Аутофагия может перерабатывать аберрантные митохондрии и предотвратить ненужную гибель клеток после их деления.

Какое отношение аутофагия имеет к старению?

Аутофагия и старение очень тесно связаны. Когда гены, которые ее вызывают, ингибируются в клетках млекопитающих, мы наблюдаем дегенерацию. Большая часть этого процесс напоминает изменения, которые мы наблюдаем при старении. Само старение часто сопровождается уменьшением аутофагии. Когда мы ее стимулируем, мы смягчаем ход старения. И наоборот, когда мы сокращаем ее, мы усиливаем старение.

Многочисленные стратегии замедления старения у низших организмов также часто вызывают аутофагию. Когда мы блокируем аутофагию во время некоторых продлевающих жизнь препаратов и методов лечения (таких, как ограничение калорийности, ингибирование путей роста факторов инсулина, спермидин, ресвератрол или рапамицин), мы разрушаем антивозрастные эффекты.

аутофагия

Мы также можем увидеть положительные эффекты аутофагии в исследовании возрастных заболеваний, таких как атеросклероз. Запущенная форма этого заболевания может привести к сердечным приступам, инсультам и другим формам патологий кровообращения. Одно исследование установило связь между снижением аутофагии и образованием бляшек, ответственных за это недомогание. Было проведено исследование в котором разводили мышей с усиленной аутофагией за счет увеличения экспрессии гена, называемого TFEB. Такие изменения оказали защитное действие против атеросклероза, вызванного западной диетой. Кроме того, исследование показало, что трегалоза (природный сахар) может значительно усиливать аутофагию. Этот фермент уменьшал признаки атеросклероза, когда его вводили в полости тела мышей.

Заключение

Аутофагия показывает перспективность как важный механизм обслуживания и ремонта, особенно в контексте старения. Ряд научных исследований работает над повышением уровня аутофагии в клетках, чтобы сделать работу организма более эффективной.

Материалы по теме: