ไลโซโซม เอนโดโซม และการย่อยสลาย

ไลโซโซมเป็นออร์แกเนลล์ที่มีสภาพเป็นกรดและเต็มไปด้วยเอนไซม์ไฮโดรเลส ซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนสำคัญในการย่อยสลายของเซลล์ โดยจะย่อยสลายสารที่ส่งมาผ่านระบบเอนโดโซมและโดยกระบวนการออโตฟาจี เอนโดโซมที่ส่งสารไปยังไลโซโซมจะทำหน้าที่คัดแยกและทำให้สารที่ถูกนำเข้าสู่เซลล์เจริญเต็มที่ ในขณะที่ไลโซโซมเองในปัจจุบันไม่เพียงแต่ได้รับการยอมรับว่าเป็นศูนย์กลางการรีไซเคิลเท่านั้น แต่ยังเป็นศูนย์กลางการส่งสัญญาณที่รับรู้สารอาหารและประสานงานการกำจัดของเสียอีกด้วย

Definition

ไลโซโซมเป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มและมีช่องว่างภายในที่เป็นกรดซึ่งอุดมไปด้วยเอนไซม์ไฮโดรไลติกที่ย่อยสลายโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ส่งมาผ่านทางเอนโดโซมและโดยกระบวนการออโตฟาจี โดยจะรีไซเคิลผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายและทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการรับรู้สารอาหารและการส่งสัญญาณของเซลล์

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมถึงกระบวนการคัดแยกและการเจริญของเอนโดโซม การสร้างไลโซโซมและสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด-ไฮโดรเลส เส้นทางที่สารเข้าสู่ไลโซโซม (เอนโดไซโทซิส, ฟาโกไซโทซิส และออโตฟาจี) และบทบาทของไลโซโซมในการรับรู้สารอาหารและการส่งสัญญาณเพื่อรักษาสมดุล นี่เป็นหัวข้ออ้างอิงทางชีววิทยาของเซลล์และเนื้อเยื่อวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

Core questions

• สารที่ถูกนำเข้าสู่เซลล์ที่ผิวเซลล์จะเจริญผ่านเอนโดโซมไปยังไลโซโซมได้อย่างไร?
• สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและไฮโดรไลติกของไลโซโซมถูกสร้างขึ้นและควบคุมได้อย่างไร?
• ออโตฟาจีส่งสารภายในเซลล์เพื่อการย่อยสลายได้อย่างไร?
• ไลโซโซมรับรู้สารอาหารและส่งสัญญาณเพื่อประสานงานการเผาผลาญของเซลล์ได้อย่างไร?

Key concepts

• เอนโดโซมระยะต้นและระยะปลาย
• การเจริญและการคัดแยกของเอนโดโซม
• เอนไซม์กรดไฮโดรเลสของไลโซโซมและ V-ATPase
• ออโตฟาจีและออโตฟาโกโซม
• ฟาโกไซโทซิสและเฮเทอโรฟาจี
• การกำหนดเป้าหมายแมนโนส-6-ฟอสเฟตของเอนไซม์ไฮโดรเลส
• การรับรู้สารอาหารและการส่งสัญญาณของไลโซโซม

Key theories

ออโตฟาจี

เซลล์จะกักเก็บส่วนประกอบของไซโตพลาสซึมและออร์แกเนลล์ที่เสียหายไว้ภายในออโตฟาโกโซมที่มีเยื่อหุ้มสองชั้น ซึ่งจะรวมตัวกับไลโซโซมเพื่อการย่อยสลาย ทำให้เกิดการสร้างใหม่ของเซลล์และการอยู่รอดภายใต้ความเครียดและการขาดสารอาหาร

ไลโซโซมในฐานะศูนย์กลางการส่งสัญญาณ

นอกเหนือจากการย่อยสลายแล้ว ผิวของไลโซโซมยังรับรู้ความพร้อมของกรดอะมิโนและรวมสัญญาณสารอาหาร—ตัวอย่างเช่น การกระตุ้น mTORC1 ที่ไลโซโซม—เชื่อมโยงออร์แกเนลล์กับการเจริญเติบโตและโปรแกรมการกำจัดของเสีย

Mechanisms

สารที่ถูกนำเข้าสู่เซลล์โดยเอนโดไซโทซิสจะเข้าสู่เอนโดโซมระยะต้น ซึ่งจะคัดแยกสารเพื่อนำกลับไปใช้ใหม่ที่ผิวเซลล์หรือเพื่อการย่อยสลาย สารที่ถูกกำหนดให้ย่อยสลายจะถูกเก็บไว้ในขณะที่เอนโดโซมเจริญเต็มที่ มีสภาพเป็นกรดมากขึ้น และในที่สุดก็จะส่งสารภายในไปยังไลโซโซม เอนไซม์ไฮโดรเลสของไลโซโซมถูกสังเคราะห์ขึ้นในเส้นทางการหลั่งสาร ถูกติดป้ายเพื่อการส่งมอบ และถูกรวมตัวกันในช่องว่างภายในที่เป็นกรดซึ่งรักษาไว้โดยปั๊มโปรตอนแบบแวคิวโอล ซึ่งเอนไซม์เหล่านี้จะย่อยสลายโปรตีน ไขมัน กรดนิวคลีอิก และคาร์โบไฮเดรต ส่วนประกอบภายในเซลล์จะเข้าสู่ไลโซโซมโดยกระบวนการออโตฟาจี ซึ่งออโตฟาโกโซมที่มีเยื่อหุ้มสองชั้นจะกลืนกินไซโตพลาสซึมและออร์แกเนลล์ และรวมตัวกับไลโซโซม เยื่อหุ้มไลโซโซมยังรับรู้สถานะสารอาหารและทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการส่งสัญญาณที่ประสานงานการกำจัดของเสียของเซลล์กับการเจริญเติบโตและการเผาผลาญ

Clinical relevance

การขาดเอนไซม์ไลโซโซมแต่ละชนิดทำให้เกิดโรคการสะสมในไลโซโซม (lysosomal storage disorders) และการทำงานที่ผิดปกติของออโตฟาจีและการส่งสัญญาณของไลโซโซมมีความเกี่ยวข้องกับภาวะสมองเสื่อม โรคเมตาบอลิซึม และความชรา บทความนี้อธิบายถึงกลไกการย่อยสลายและการส่งสัญญาณตามปกติที่เกี่ยวข้อง และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

History

ไลโซโซมถูกค้นพบโดย Christian de Duve ในทศวรรษ 1950 ผ่านการแยกส่วนเซลล์ ซึ่งเผยให้เห็นอนุภาคที่เต็มไปด้วยเอนไซม์กรดไฮโดรเลสที่แฝงอยู่ ต่อมาเขาได้ตั้งชื่อมันและได้รับรางวัลโนเบลร่วมกันในปี 1974 การวิเคราะห์ระดับโมเลกุลของออโตฟาจีโดย Yoshinori Ohsumi ซึ่งได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2016 และผลงานต่อมาที่ยืนยันว่าไลโซโซมเป็นศูนย์กลางการส่งสัญญาณ ได้ปรับเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับบทบาทของออร์แกเนลล์นี้

Key figures

• Christian de Duve
• Daniel Klionsky
• Yoshinori Ohsumi
• Andrea Ballabio
• David Sabatini

Seminal works

• klionsky2000
• mizushima2008
• saftig2009

Frequently asked questions

เอนโดโซมกับไลโซโซมแตกต่างกันอย่างไร?

เอนโดโซมเป็นส่วนที่ทำหน้าที่คัดแยกและทำให้สารที่ถูกนำเข้าสู่เซลล์เจริญเต็มที่และตัดสินชะตากรรมของสารนั้น ในขณะที่ไลโซโซมเป็นส่วนสุดท้ายที่มีสภาพเป็นกรดสูง ซึ่งเอนไซม์ไฮโดรไลติกจะย่อยสลายสารที่ส่งมาจริง

ออโตฟาจีใช้ไลโซโซมอย่างไร?

ในกระบวนการออโตฟาจี ออโตฟาโกโซมที่มีเยื่อหุ้มสองชั้นจะกลืนกินสารในไซโตพลาสซึมหรือออร์แกเนลล์ที่เสียหาย และรวมตัวกับไลโซโซม ซึ่งเอนไซม์ไฮโดรเลสของไลโซโซมจะย่อยสลายสารเหล่านั้นเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่