Rola autofagii w rozwoju embrionalnym
Kasia Kuleszewicz | 2007-03-30
Podczas normalnego rozwoju i życia każdego ssaka część komórek ulega degradacji, aby zostać zastąpionymi przez ich nowe odpowiedniki. Jak się okazało proces autofagii pozwala na utrzymanie balansu pomiędzy biogenezą a degradacją tych komórek, i odwrotnie. Dotychczas funkcja autofagii nie była dokładnie znana. Nowe badania ujawniają, że zaburzenia tego procesu mogą leżeć u podstawy chorób autoimmunologicznych.
Autofagia, zwana także autofagocytozą jest procesem, w którym komórka degraduje uszkodzone lub obumarłe elementy jej struktury. Proces ten może odbywać się w ramach jej przebudowy lub obumierania. Występuje także w stanach chorobowych, nie jest więc wskaźnikiem ani zdrowia ani choroby. Degradacja elementów komórki następuje przez trawienie lizosomalne. Jak dotychczas sądzono, głównym celem procesu autofagii jest utrzymanie balansu między produkcją a degradacją struktur komórkowych. Prędkość autofagii rośnie wraz z niedostatkiem składników pokarmowych, a także po otrzymaniu sygnału, który powoduje proliferację organelli. Autofagia może także skutkować całkowitą destrukcją komórki. Znana jest wtedy jako autofagowa śmierć komórki i jest jednym z typów tak zwanej zaprogramowanej śmierci komórki. Z procesem autofagii związane są dwa geny atg5 i beclin1. U ssaków pozbawionych tych genów proces autofagii nie występuje.
Naukowcy z Uniwersytetu w Teksasie odkryli jakie sygnały wysyłane przez komórki towarzyszą procesowi autofagii oraz poszerzyli wiedzę na temat roli tego procesu w rozwoju organizmów. Badania zostały opublikowane w magazynie Cell.
Naukowcy odkryli, że embrionalne komórki macierzyste myszy wysyłają podczas rozwoju specyficzne sygnały indukujące autofagię i proces ich usuwania przez sąsiadujące, zdrowe komórki. Sygnały te porównali do haseł „zjedz mnie” i „złap mnie”. Pierwszy sygnał jest związany z eksponowaniem na powierzchni komórki cząsteczki fosfatydyloseryny, drugi natomiast z lizofosfatydylocholiny. Nowoodkryta rola autofagii, polega zatem na usuwaniu komórek, które obumierają podczas normalnego rozwoju embrionalnego.
Przeprowadzono serie eksperymentów mających na celu lepsze poznanie tego procesu. W jednym z nich zaprojektowano myszy w których genomie wyłączono aktywność genów atg5 i beclin1, powodując tym samym brak autofagii. Zatem obumierające komórki nie mogły wysyłać sygnałów potrzebnych do ich usuwania przez zdrowe komórki. Powodowało to akumulację martwych komórek i skutkowało anormalnym rozwojem, ogólnym zapaleniem tkanek i rozwinięciem choroby autoimmunologicznej. Zatem aktywacja autofagii w komórkach przeznaczonych do śmierci ma służyć „oczyszczaniu” organizmu z obumarłych komórek i zapobieganiu zapaleniom. Jak zasugerowali naukowcy, zaburzenia w procesie autofagii mogą być podłożem dla chorób autoimmunologicznych, dlatego poznanie i naprawienie tych zaburzeń miałoby istotne znaczenie w leczeniu tego typu chorób.
Choroby autoimmunologiczne są chorobami, w przebiegu których organizm niszczy swoje własne komórki i tkanki. Jak dotąd za przyczynę tych chorób uważano błędy w uzyskiwaniu kompetencji przez limfocyty w narządach limfoidalnych co powodowało błędne rozpoznawanie własnych tkanek przez limfocyty. Do chorób autoimmunologicznych należą między innymi: bielactwo, stwardnienie rozsiane, choroba Crohna czy reumatoidalne zapalenie stawów. Odkrycie powiązania autofagii z chorobami autoimmunologicznymi nie wyklucza dotychczas znanej teorii.
Serie eksperymentów objęły także ustalenie roli procesu autofagii w rozwoju embrionalnym. Badania przeprowadzane były na mysich embrionalnych komórkach macierzystych podczas podziałów. Pierwsze zaprogramowane śmierci, które mają miejsce podczas rozwoju embrionalnego ssaków odbywają się już po zapłodnieniu komórki jajowej. W wyniku podziałów powstaje okrągła struktura, znana jako ciałko zarodkowe (ang. embryonic body), w środku którego obumierają komórki i są one następnie usuwane w procesie autofagii. W rezultacie w środku ciałka zarodkowego pozostaje wolną przestrzeń. U myszy pozbawionych genów atg5 i beclin1, czyli pozbawionych procesu autofagii, komórki w środku ciałka obumierają, ale nie są usuwane. Powoduje to zaburzenie normalnego rozwoju myszy.
Badano także myszy pozbawione ekspresji tych genów w konkretnych organach i tkankach – płucach i siatkówce. Okazało się, że u myszy pozbawionych genów atg5 i beclin1, zdrowe komórki usuwały mniej niż 25% obumarłych komórek, podczas gdy u normalnych myszy są w stanie usuwać do 75%. Stwierdzono zatem, że przy zaburzonym procesie autofagii obumarłe komórki nie są usuwane efektywnie, co powoduje zapalenia. U myszy nie wykazujących autofagii zauważono także obniżony poziom ATP, źródła energii komórkowej. Proces autofagii jest bowiem źródłem aminokwasów i kwasów tłuszczowych, które są używane przy produkcji ATP.
Naukowcy ustalili zatem, że autofagia przyczynia się do oczyszczania organizmu z obumarłych komórek podczas zaprogramowanej śmierci komórek poprzez mechanizm, który polega na wytwarzaniu energio-zależnych (ATP-zależnych) sygnałów destrukcyjnych.
Źródło:
Qu, X. et al. (2007) Autophagy Gene-Dependent Clearance of Apoptotic Cells during Embryonic Development. Cell Vol 128, 931-946.
http://en.wikipedia.org/wiki/Autophagy - autofagia
Komentarze
Elbo | 2009-11-25 08:14:22
a czym wybarwic wakuole autofagalne, zeby np. policzyc procent autofagujacych w hodowli?