Autofagie
Autofagie zelf opeten. Bij autofagie eten cellen zichzelf dus op.
Autofagie is belangrijk voor afbraak en het voorkomen van accumulatie in cellen. Echter is
het wel belangrijk om te weten of er daadwerkelijk cellulair afval aanwezig is. Door isotoop
eiwitten te voeren aan ratten, was er gevonden dat deze eiwitten in andere eiwitten en
aminozuren werd gevonden.
Cel is telkens bezig om tegen cellulaire stress te werken en het
tegengaan van de veroudering van eiwitten. Elke 1-2 maanden is
er een complete turnover. Chaperonnes zorgen voor het
hervouwen van eiwitten, maar als deze niet beschikbaar zijn, dan
is het afbreken van eiwitten via proteasen ook een optie. Echter
is er ook nog een andere groep die macroautofagie uitvoert
protein quality control. Hierbij wordt er ook gewerkt met het
Ubiquitin proteasome system (UPS) waarbij ubiquitineren zorgt
voor de afbraak van eiwitten of andere biomoleculen.
Bij macroautofagie wordt er een
isolatiemembraan gevormd plus andere eiwitten,
om vervolgens autofagosomen te vormen. Deze
kunnen fuseren met lysosomen (zuur) waardoor
de opgenomen eiwitten afgebroken kan worden
Het autofagie netwerk bestaat uit een netwerk
van eiwitten en lipiden. Dit zijn ATG eiwitten,
accessoire-eiwitten, PE en PI3P (dit zijn
fosfolipiden die een belangrijke rol spelen).
Macroautofagie/bulkautofagie
Je hebt eerst pre-initiatie, vervolgens lokale initiatie
(ULK1 complex), daarna phagopore nucleation (met
het PI3K complex 1). Hierna komt cargo sequestration
(met LC3/ATG8-lipidation) en ten slotte is er
acidification, waarbij de omgeving zuur wordt.
Hiernaast is een schematische weergave te zien van dit proces.
ULK1 is de master regulator van autofagie. Dit complex bestaat
uit meerdere eiwitten, waarbij ULK1 en ATG13 het meest
belangrijk. Er zijn veel fosforylatie sites zodat het geactiveerd kan
worden. Waarbij onder andere mTOR belangrijk is. mTORC1 is
een complex met andere eiwitten, wat een hub is voor nutriënt
sensor. Rag sensort de aminozuren, dus als er veel aminozuren
zijn dan zal Rag mTOr activeren. AMPK senst
de ATP/ADP balans, dus als er veel ATP
aanwezig is dan is AMPK inactief (genoeg energie), waarbij het mTOR
inactiveert. Dus als er veel ADP/AMP is, dan wordt AMPK actief.
, Bij veel nutriënten (aminozuren, ATP) is mTOR actief. mTOR zorgt vervolgens voor de
inactivatie van ULK waardoor er geen autofagie is. Bij dit proces is fosforylatie inactiverend.
Als ULK1 actief wordt, dan wordt er een complex gevormd en localiseert het naar het ER op
een plek waar PI aanwezig is. Deze lokalisatie hangt af van andere ewiitten in het complex.
Beclin1 zet het PI om in PI3P (belangrijk want dit merkt het groeiende autofagosoom aan).
Phagophore groei kan komen door het krijgen van lipiden uit het ER, Golgi, mitochondria en
deze aanlevering van nieuwe fosfolipiden kan op meerdere manieren:
- De novo productie;
- Direct contact met het ER
- Vesicle delivery met ATG9;
- ATG2 vormen een brug tussen
ER en mitochondria, waar het
voor lipid transfer kan zorgen (lipofiele brug).
Nu heb je een groeiend autofagosoom, en de laatste stap is het vormen van het LC3
lipidaton complex. Dit complex bindt aan WIPI2, wat weer vast zit aan PI3P. Hoe meer Pi3P,
hoe meer WIPI2 bindt, hoe meer LC3 complex, dus een soort positieve feedback. LC3 moet
naar het membraan, en dit gaat heel complex waarbij verschillende ATG eiwitten hier voor
zorgen (proces vergelijkbaar met ubiqiniatie).
Nu is het autofagosoom gevormd, en nu wil
je het acidificeren. Dit kan gebeuren door
fusatie met lysomen of met amphisome
(autofagosoom met endosoom). Maar
uiteindelijk ontstaat er wel een
autolysosoom. Zie tweede afbeelding van
deze samenvatting.
LC3 zitten in autofagosomen en LAMP1 zit in lysosomen. Lysomen bevinden zich vooral bij
de celkern, terwijl autofagosomen over de hele cel zit.
Het transport van autofagosomen in neuronen wordt gereguleerd door
JIP1. JIP1 bindt aan het autofagosoom en bindt dan verschillende
motoreiwitten. Uiteindelijk bepaald dit dus of het proces naar het min of plus
einde van de microtubuli in de axonen loopt.
Samenvatting macroautofagie
De initiatie begint met de energiebalans, wat de status van mTOR bepaald. Als mTOR actief
is bij veel voedingsstoffen, dan zal het ULK1 complex gefosforyleerd worden waardoor er
geen autofagie op zal treden. Echter zal het ULK1 complex wel actief zijn als mTOR
gefosforyleerd wordt bij een lage hoeveelheid voedingsstoffen. ULK1 zorgt ervoor dat
elongatie zal gaan optreden. Het zet namelijk PI om in PI3P, waar vervolgens WIPI2 aan kan
binden. Aan dit eiwit kan het LC3 lipidation complex binden, wat het begin van lipidatie is.
Door dit complex, zal LC3 binden aan het groeiende autofagosoom, waardoor het vervolgens
cargo kan opnemen. Hierna zal acidificatie optreden, aangezien het autofagosoom fuseert
met een lysosoom/ late
endosoom. Dit fuseren wordt
gedreven door dyneïne transport,
want de autofagosomen moeten
vanaf de periferie naar de celkern
