Lysosome, Endosome và Sự Phân Hủy

Lysosome là các bào quan có tính axit, chứa đầy hydrolase, đóng vai trò là ngăn phân hủy chính của tế bào, phân giải vật chất được đưa đến thông qua hệ thống endosome và bằng quá trình tự thực bào (autophagy). Các endosome cung cấp vật chất cho lysosome sẽ phân loại và làm trưởng thành các vật chất nội bào, trong khi bản thân lysosome hiện được công nhận không chỉ là một trung tâm tái chế mà còn là một trung tâm tín hiệu cảm nhận chất dinh dưỡng và điều phối quá trình thanh thải.

Definition

Lysosome là các bào quan có màng bao bọc với lòng có tính axit giàu enzyme thủy phân có chức năng phân hủy các đại phân tử được đưa đến thông qua con đường endosome và bằng quá trình tự thực bào, tái chế các sản phẩm phân hủy của chúng và hoạt động như một trung tâm cảm nhận và truyền tín hiệu chất dinh dưỡng của tế bào.

Scope

Mục này bao gồm con đường phân loại và trưởng thành của endosome, quá trình sinh tổng hợp lysosome và môi trường axit-hydrolase, các con đường mà vật chất đến lysosome (quá trình nội bào (endocytosis), thực bào (phagocytosis) và tự thực bào (autophagy)), và vai trò của lysosome trong việc cảm nhận chất dinh dưỡng và tín hiệu cân bằng nội môi. Đây là một chủ đề tham khảo về sinh học tế bào và mô học, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Vật chất được nội bào hóa ở bề mặt tế bào trưởng thành qua các endosome đến lysosome như thế nào?
• Môi trường lysosome có tính axit, thủy phân được tạo ra và duy trì như thế nào?
• Quá trình tự thực bào đưa vật chất nội bào đến để phân hủy như thế nào?
• Lysosome cảm nhận chất dinh dưỡng và truyền tín hiệu để điều phối quá trình trao đổi chất của tế bào như thế nào?

Key concepts

• Endosome sớm và muộn
• Sự trưởng thành và phân loại của endosome
• Hydrolase axit lysosome và V-ATPase
• Tự thực bào và túi tự thực bào
• Thực bào và dị thực bào
• Sự định hướng mannose-6-phosphate của hydrolase
• Cảm nhận và truyền tín hiệu chất dinh dưỡng của lysosome

Key theories

Tự thực bào

Các tế bào cô lập các thành phần tế bào chất và các bào quan bị hư hại bên trong các túi tự thực bào có màng kép, các túi này hợp nhất với lysosome để phân hủy, cho phép tự đổi mới và sống sót trong điều kiện căng thẳng và thiếu chất dinh dưỡng.

Lysosome như một trung tâm tín hiệu

Ngoài chức năng phân hủy, bề mặt lysosome cảm nhận sự sẵn có của axit amin và tích hợp các tín hiệu dinh dưỡng—điển hình là sự hoạt hóa mTORC1 tại lysosome—liên kết bào quan này với các chương trình tăng trưởng và thanh thải.

Mechanisms

Vật chất được đưa vào bằng quá trình nội bào đi vào các endosome sớm, các endosome này phân loại vật chất để tái chế trở lại bề mặt hoặc để phân hủy; vật chất được định sẵn để phá hủy được giữ lại khi endosome trưởng thành, axit hóa và cuối cùng đưa các chất chứa của nó đến lysosome. Các hydrolase của lysosome được tổng hợp trong con đường bài tiết, được gắn thẻ để vận chuyển và tập trung trong một lòng có tính axit được duy trì bởi một bơm proton không bào, nơi chúng phân hủy protein, lipid, axit nucleic và carbohydrate. Các thành phần nội bào đến lysosome bằng quá trình tự thực bào, trong đó các túi tự thực bào (autophagosome) có màng kép bao bọc tế bào chất và các bào quan và hợp nhất với lysosome. Màng lysosome cũng cảm nhận trạng thái dinh dưỡng và đóng vai trò là một nền tảng cho tín hiệu điều phối quá trình thanh thải tế bào với sự tăng trưởng và trao đổi chất.

Clinical relevance

Sự thiếu hụt các enzyme lysosome riêng lẻ gây ra các bệnh dự trữ lysosome, và quá trình tự thực bào và tín hiệu lysosome bị rối loạn có liên quan đến thoái hóa thần kinh, bệnh chuyển hóa và lão hóa. Mục này mô tả các cơ chế phân hủy và tín hiệu bình thường liên quan và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Lysosome được Christian de Duve phát hiện vào những năm 1950 thông qua phân đoạn tế bào, cho thấy một hạt chứa đầy các hydrolase axit tiềm ẩn; sau đó ông đã đặt tên cho nó và chia sẻ giải Nobel năm 1974. Việc phân tích phân tử quá trình tự thực bào của Yoshinori Ohsumi, được công nhận bằng giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2016, và các công trình sau này thiết lập lysosome như một trung tâm tín hiệu đã định hình lại sự hiểu biết về vai trò của bào quan này.

Key figures

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

Seminal works

• klionsky2000
• mizushima2008
• saftig2009

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa endosome và lysosome là gì?

Endosome là các ngăn phân loại và trưởng thành nhận vật chất nội bào và quyết định số phận của nó, trong khi lysosome là ngăn cuối cùng, có tính axit cao, nơi các enzyme thủy phân thực sự phân hủy vật chất được đưa đến.

Tự thực bào sử dụng lysosome như thế nào?

Trong quá trình tự thực bào, một túi tự thực bào có màng kép bao bọc vật chất tế bào chất hoặc các bào quan bị hư hại và hợp nhất với lysosome, các hydrolase của lysosome sẽ phân hủy các chất chứa để tái chế.