การกลืนกินตัวเองและการย่อยสลายในไลโซโซม

การกลืนกินตัวเอง (autophagy) เป็นกระบวนการที่มีการควบคุมซึ่งเซลล์จะกลืนกินและส่งส่วนประกอบภายในของตนเองไปยังไลโซโซมเพื่อย่อยสลาย, นำวัสดุกลับมาใช้ใหม่ และกำจัดโครงสร้างที่เสียหาย

Definition

การกลืนกินตัวเอง (autophagy) เป็นกระบวนการที่เซลล์แยกส่วนของไซโตพลาสซึมหรือออร์แกเนลล์ของตนเองในเยื่อหุ้มและส่งไปยังไลโซโซมเพื่อย่อยสลาย; การย่อยสลายในไลโซโซม (lysosomal degradation) คือการสลายมาโครโมเลกุลด้วยเอนไซม์ไฮโดรเลสที่เป็นกรดของไลโซโซม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงไลโซโซมในฐานะส่วนที่ทำหน้าที่ย่อยสลายของเซลล์, เส้นทางที่วัสดุเข้าสู่ไลโซโซม, และวิถีการกลืนกินตัวเองที่ออโตฟาโกโซมจับไซโตพลาสซึมและออร์แกเนลล์ รวมถึงบทบาทของการกลืนกินตัวเองในภาวะเครียดจากการขาดสารอาหาร, การควบคุมคุณภาพ และภาวะธำรงดุล

Core questions

• ไลโซโซมคืออะไรและย่อยสลายสารได้อย่างไร?
• ออโตฟาโกโซมก่อตัวและจับสารได้อย่างไร?
• การกลืนกินตัวเองถูกกระตุ้นโดยการขาดสารอาหารและความเครียดได้อย่างไร?
• การกลืนกินตัวเองมีส่วนช่วยในการควบคุมคุณภาพและภาวะธำรงดุลได้อย่างไร?

Key theories

ไลโซโซมในฐานะออร์แกเนลล์ที่ทำหน้าที่ย่อยสลาย

de Duve ระบุว่าไลโซโซมเป็นส่วนที่มีเยื่อหุ้มซึ่งประกอบด้วยเอนไซม์ไฮโดรเลสที่เป็นกรดที่ย่อยสลายมาโครโมเลกุล โดยเป็นปลายทางสำหรับสารที่ถูกส่งมาโดยกระบวนการกลืนกินตัวเองและเอนโดไซโตซิส

พื้นฐานทางพันธุกรรมของการกลืนกินตัวเอง

ยีนการกลืนกินตัวเองที่ได้รับการอนุรักษ์ ซึ่งถูกกำหนดในยีสต์ จะควบคุมการก่อตัวของออโตฟาโกโซมและการรวมตัวกับไลโซโซม ทำให้การกลืนกินตัวเองเป็นวิถีที่มีการควบคุม

Mechanisms

ไลโซโซมมีเอนไซม์ไฮโดรเลสที่เป็นกรดซึ่งย่อยสลายโปรตีน, ลิพิด, กรดนิวคลีอิก และคาร์โบไฮเดรตที่ส่งมาโดยกระบวนการเอนโดไซโตซิส (endocytosis) หรือการกลืนกินตัวเอง ในกระบวนการมาโครออโตฟาจี (macroautophagy) เยื่อหุ้มรูปถ้วยจะขยายตัวเพื่อห่อหุ้มไซโตพลาสซึมหรือออร์แกเนลล์ที่เสียหาย ก่อตัวเป็นออโตฟาโกโซม (autophagosome) ที่มีเยื่อหุ้มสองชั้นซึ่งจะรวมตัวกับไลโซโซมเพื่อให้สารภายในถูกย่อยสลายและผลิตภัณฑ์ถูกนำกลับมาใช้ใหม่ ชุดของโปรตีนการกลืนกินตัวเองที่ได้รับการอนุรักษ์จะควบคุมการเริ่มต้น, การเติบโตของเยื่อหุ้ม และการคัดเลือกสารที่จะถูกย่อยสลาย และวิถีนี้จะถูกกระตุ้นอย่างมากโดยการขาดสารอาหารและภาวะเครียดอื่นๆ

Clinical relevance

การกลืนกินตัวเองและการย่อยสลายในไลโซโซมให้สารอาหารในช่วงภาวะเครียด, กำจัดส่วนประกอบที่เสียหาย และรักษาการควบคุมคุณภาพของเซลล์ ทำให้เป็นส่วนสำคัญของภาวะธำรงดุลของเซลล์ การนำเสนอในที่นี้เป็นลักษณะเชิงพรรณนาและไม่ใช่การแนะนำการรักษา

History

การค้นพบไลโซโซมของ de Duve ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้เปิดเผยส่วนที่ทำหน้าที่ย่อยสลายของเซลล์; การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมของการกลืนกินตัวเองในยีสต์โดย Ohsumi ในทศวรรษ 1990 ได้กำหนดกลไกและเปลี่ยนการกลืนกินตัวเองให้เป็นวิถีที่เข้าใจในระดับโมเลกุล

Key figures

• Christian de Duve
• Yoshinori Ohsumi

Seminal works

• ohsumi2014
• deduve1966

Frequently asked questions

ออโตฟาโกโซมคืออะไร?

เป็นถุงน้ำสองชั้นที่ก่อตัวขึ้นเพื่อห่อหุ้มส่วนหนึ่งของไซโตพลาสซึมหรือออร์แกเนลล์ที่เสียหาย จากนั้นจะรวมตัวกับไลโซโซมเพื่อให้สารภายในถูกย่อยสลาย

การกลืนกินตัวเองทำงานมากที่สุดเมื่อใด?

การกลืนกินตัวเองจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงที่ขาดสารอาหาร เมื่อการนำส่วนประกอบภายในกลับมาใช้ใหม่ให้สารตั้งต้น และยังเพิ่มขึ้นเมื่อเซลล์ต้องกำจัดโครงสร้างที่เสียหาย