Autofagia: características, tipos, funções, estudos

O Autophagy é um sistema de degradação intracelular ocorre assim conservadas nos lisossomas de todas as células eucarióticas (leveduras) e vacúolos. O termo é geralmente usado para se referir à degradação dos componentes do citosol ou das “partes” da célula que são “obsoletas” ou que deixaram de funcionar adequadamente.

O termo autofagia foi cunhado em 1963 na Universidade Rockefeller por de Duve, que também observou e descreveu os processos de endocitose celular. Literalmente, a palavra autofagia significa “consumir-se”, embora alguns autores a descrevam como um “auto-canibalismo”.

Autofagia: características, tipos, funções, estudos 1

Representação gráfica de macroautofagia e microautofagia (Fonte: Cheung e Ip [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)] via Wikimedia Commons)

Esse sistema difere da degradação mediada por proteassoma, pois a autofagia é capaz de remover organelas intracelulares completas e grandes complexos ou agregados de proteínas de maneira não seletiva.

Apesar dessa fagocitose não seletiva, diferentes investigações mostraram que a autofagia tem inúmeras implicações fisiológicas e patológicas. Como é ativado durante períodos de adaptação à fome, durante o desenvolvimento, para a eliminação de microrganismos invasores, durante a morte celular programada, para a remoção de tumores, a apresentação de antígenos, etc.

Caracteristicas

A autofagia, como observado, é um processo mediado por uma organela citoplasmática conhecida como lisossomo.

O processo de “autofagia” começa com o encapsulamento da organela que será degradada por uma membrana dupla, formando um corpo membranoso conhecido como autofagossomo. A membrana do autofagossomo posteriormente se funde com a membrana lisossômica ou com um endossoma tardio.

Cada uma dessas etapas entre o seqüestro, degradação e liberação de aminoácidos ou outros componentes para reciclagem exerce funções diferentes em diferentes contextos celulares, o que torna a autofagia um sistema altamente multifuncional.

A autofagia é um processo bastante controlado, uma vez que apenas os componentes celulares marcados são direcionados para essa via de degradação e a marcação geralmente ocorre durante os processos de remodelação celular.

Por exemplo, quando uma célula hepática estabelece uma resposta de desintoxicação em resposta a drogas solúveis em gordura, seu retículo endoplasmático liso prolifera consideravelmente e, quando o estímulo gerado pela droga diminui, o excesso de retículo endoplasmático liso é removido do espaço citosólico pela autofagia.

Indução de autofagia

Um dos eventos que mais comumente desencadeia processos autofágicos é a fome.

Relacionado:  Flora e fauna de Salta: espécies mais representativas

Dependendo do organismo considerado, diferentes tipos de nutrientes essenciais podem desencadear esse sistema de “reciclagem”. Nas leveduras, por exemplo, embora a falta de carbono de certos aminoácidos e ácidos nucleicos possa induzir a autofagia, a falta de nitrogênio é o estímulo mais eficiente, válido também para as células vegetais.

Embora não tenha sido totalmente compreendido, as células possuem “sensores” especiais para determinar quando um nutriente ou aminoácido essencial está em condições muito baixas e, assim, acionar todo o processo de reciclagem através de lisossomos.

Nos mamíferos, alguns hormônios participam da regulação (positiva ou negativa) da autofagia em células pertencentes a determinados órgãos, como insulina, alguns fatores de crescimento ou interleucinas, etc.

Tipos

Existem três tipos principais de autofagia entre eucariotos: macroautofagia, microautofagia e autofagia mediada por acompanhante. A menos que especificado, o termo autofagia se refere à macro autofagia.

Embora os três tipos de autofagia sejam morfologicamente diferentes, todos acabam no transporte de substâncias para lisossomos para degradação e reciclagem.

Autofagia por macro

Este é um tipo de autofagia que depende da formação de novo de vesículas fagocíticas conhecidas como autofagossomos. A formação dessas vesículas é independente da formação de “brotos” da membrana, pois são formados por expansão.

Em leveduras, a formação de autofagossomos começa em um local específico conhecido como PAS, enquanto em mamíferos ocorrem muitos locais diferentes de citosol, provavelmente ligados ao retículo endoplasmático através de estruturas conhecidas como “ômegassomas”.

O tamanho dos autofagossomos é muito variável e depende do organismo e do tipo de molécula ou organela que é fagocitizada. Pode variar de 0,4-0,9 μm de diâmetro em leveduras a 0,5-1,5 μm em mamíferos.

Quando as membranas do autofagossomo e do lisossomo se fundem, o conteúdo delas é misturado e é nesse momento que começa a digestão dos substratos brancos da autofagia. Essa organela é então conhecida como autolisossomo.

Para alguns autores, a macroautofagia pode ser subclassificada, por sua vez, na autofagia induzida e na autofagia basal. A macroautofagia induzida é usada para produzir aminoácidos após um período prolongado de inanição.

Macroautofagia basal refere-se ao mecanismo constitutivo (sempre ativo) essencial para a substituição dos diferentes componentes citosólicos e organelas intracelulares.

Microautofagia

Este tipo de autofagia refere-se ao processo em que o conteúdo citoplasmático é introduzido no lisossomo através de invaginações que ocorrem na membrana da referida organela.

Relacionado:  Cazahuate: características, habitat, benefícios e efeitos

Uma vez introduzidas no lisossomo, as vesículas produzidas por essas invaginações flutuam livremente no lúmen até serem lisadas e seu conteúdo é liberado e degradado por enzimas específicas.

Autofagia mediada por acompanhante

Esse tipo de autofagia foi relatado apenas para células de mamíferos. Diferentemente da macroautofagia e da microautofagia, onde algumas porções citosólicas são fagocitizadas inespecíficas, a autofagia mediada por chaperona é bastante específica, pois depende da presença de sequências específicas de pentapéptidos nos substratos que serão fagocitados.

Alguns pesquisadores determinaram que esse motivo de pentapeptídeo está relacionado à sequência KFERQ e que é encontrado em mais de 30% das proteínas citosólicas.

É chamado “mediado pela acompanhante”, uma vez que as proteínas da acompanhante são responsáveis ​​por manter exposto esse motivo conservado para facilitar seu reconhecimento e evitar dobrar a proteína nele.

As proteínas com esse rótulo são translocadas para o lúmen lisossômico e são degradadas nesse local. Muitos dos substratos de degradação são enzimas glicolíticas, fatores de transcrição e seus inibidores, proteínas de ligação a cálcio ou lipídios, subunidades de proteassoma e algumas proteínas envolvidas no tráfego vesicular.

Assim como nos outros dois tipos de autofagia, a autofagia mediada por chaperona é um processo regulado em vários níveis, do reconhecimento do rótulo ao transporte e degradação de substratos no interior dos lisossomos.

Funções

Uma das principais funções do processo autofágico é a eliminação de organelas senescentes ou “obsoletas”, marcadas por várias vias de degradação nos lisossomos.

Graças à observação de fotomicrografias eletrônicas de lisossomos em células de mamíferos, a presença de peroxissomos e mitocôndrias foi detectada nelas.

Em uma célula hepática, por exemplo, o tempo médio de vida de uma mitocôndria é de 10 dias, após os quais essa organela é fagocitada por lisossomos, onde é degradada e seus componentes são reciclados para diferentes fins metabólicos.

Sob condições de baixa concentração de nutrientes, as células podem desencadear a formação de autofagossomos para “capturar” seletivamente partes do citosol, assim como os metabólitos digeridos nesses autofagossomos, podem ajudar as células a sobreviver quando condições externas são limitantes do ponto de vista. Visão nutricional

Relacionado:  Tenrec: características, taxonomia, reprodução, alimentação

Funções em saúde e desenvolvimento

A autofagia tem funções importantes na reestruturação das células no processo de diferenciação, pois participa do descarte de porções citosólicas que não são necessárias em momentos específicos.

Também tem implicações importantes para a saúde celular, pois faz parte dos mecanismos de defesa contra vírus e bactérias invasoras.

Os estudos de Yoshinori Ohsumi

Yoshinori Ohsumi, um pesquisador japonês premiado em 2016 com o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina, descreveu os mecanismos moleculares da autofagia em leveduras enquanto estudava o destino metabólico de muitas proteínas e os vacúolos desses organismos unicelulares.

Em seu trabalho, Ohsumi não apenas identificou as proteínas e rotas envolvidas no processo, mas também demonstrou como a via da autofagia é regulada graças à ação de proteínas capazes de “censurar” diferentes estados metabólicos.

Seu trabalho começou com observações microscópicas precisas de vacúolos durante eventos de intensa degradação. Os vacúolos são considerados os locais de armazenamento de “lixo” e detritos celulares de leveduras.

Observando leveduras com genótipos mutantes defeituosos para diferentes genes relacionados ou hipoteticamente relacionados à autofagia (conhecidos como genes ATG ), esse pesquisador e seus colaboradores conseguiram descrever o sistema de levedura autofágica no nível genético.

Posteriormente, esse grupo de pesquisadores determinou as principais características genéticas das proteínas codificadas por esses genes e fez contribuições significativas sobre sua interação e a formação dos complexos responsáveis ​​pelo início e execução da autofagia em leveduras.

Graças ao trabalho de Yoshinori Ohsumi, hoje entendemos melhor os aspectos moleculares da autofagia, bem como suas implicações importantes no bom funcionamento das células e órgãos que nos compõem.

Referências

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. e Walter, P. (2015). Biologia Molecular da Célula (6a ed.). Nova York: Garland Science.
  2. Klionsky, DJ e Emr, SD (2000). Autofagia como uma via regulada de degradação celular. Science , 290 , 1717-1721.
  3. Mizushima, N. (2007). Autofagia: processo e função. Genes & Development , 21 , 2861-2873.
  4. Mizushima, Noboru e Komatsu, M. (2011). Autofagia: Renovação de células e tecidos. Cell , 147 , 728-741.
  5. Rabinowitz, JD, & White, E. (2010). Autofagia e metabolismo. Science , 330 , 1344- 1348.

Deixe um comentário