Autophagie

Bei der Autophagie wird zelluläres Material in ein spezialisiertes Organell, das Autophagosom, aufgenommen. Dieses verschmilzt mit Lysosomen, wodurch sogenannte Autophagolysosomen entstehen. Das zyotosolische Material aus den Autophagosomen wird durch die Enzyme der Lysosomen abgebaut.

Autophagosomen werden de novo aus dem sogenannten Phagophore gebildet. Diese Ansammlung von Membranen dient als eine Plattform, an die verschiedene sog. ATG-Proteine rekrutiert werden. Diese agieren in einer spezifischen Reihenfolge, was zur Bildung, Vergrößerung und Schließung des Autophagosoms führt. In Säugerzellen sind bisher etwa 20 dieser ATG-Proteine bekannt, wobei die jeweiligen Funktionen noch nicht abschließend geklärt sind. Ebenso unklar ist, woher die Membranen des Phagophores stammen. Aktuell wird angenommen, dass das Endoplasmatische Retikulum (ER) die Quelle ist.^[1]

Man unterscheidet:

• Makroautophagie: Sie repräsentiert die Autophagie im engeren Sinn. Ein Teil der Membran des Endoplasmatischen Retikulums umgibt die für den Abbau markierten Strukturen, bis das abzubauende Organell ganz von einer doppelten Biomembran umschlossen ist. Dieser Vorgang dient der Degradation von gealterten Organellen und großen Proteinaggregaten im Autophagosom.
• Mikroautophagie: Hierunter versteht man die direkte Aufnahme von Mikroorganismen und kleineren Proteinaggregaten in Lysosomen durch die lysosomale Membran.
• Chaperon-vermittelte Autophagie: Ist ein lysosomaler Abbauweg, der Substratproteine durch die Erkennung des kognitiven Hitzeschockproteins 70 und die Translokation des Lysosomen-assoziierten Membranproteins Typ 2A beseitigt.^[2]

Autophagie findet in jeder eukaryotischen Zelle statt, unter normalen Bedingungen aber in einem geringen Umfang. Bei Mangel an Nährstoffen wird Autophagie induziert und läuft verstärkt ab. Von besonderer Bedeutung ist hierbei ein Mangel an Aminosäuren. Reguliert wird die Autophagie vom TOR-Komplex. Diese Serine/Threonine-Proteinkinase phosphoryliert eine Vielzahl von Proteinen, darunter auch bestimmte ATG-Proteine. Sind ausreichend Aminosäuren vorhanden, unterdrückt die Aktivität des TOR-Komplexes die Ausbildung von Autophagosomen. Neben einem Aminosäure-Mangel steuern weitere Signale wie Hypoxie oder die Aktivität von bestimmten Wachstumsfaktoren über den TOR-Komplex die Autophagie.^[3]

Die Autophagie ist ein elementarer Bestandteil der zellulären Qualitätskontrolle und essenziell für die Aufrechterhaltung der Funktionalität einer Zelle. Der Abbau von fehlgefalteten Proteinen oder geschädigten Organellen verhindert negative Auswirkungen auf die Zellvorgänge und stellt Moleküle wie Aminosäuren, Fettsäuren oder Kohlenhydrate der Zelle wieder für den Anabolismus zur Verfügung. Zellen mit hoher Syntheserate müssen besonders viel Autophagie betreiben, so z.B. die Hepatozyten.

Die Autophagie beeinflusst die Apoptose, den programmierten Zelltod. Cytochrom c, ein Protein aus der mitochondrialen Atmungskette, ist ein Faktor, der die Apoptose induziert. Das Protein gelangt dann in das Zytosol, wenn Mitochondrien geschädigt sind. Durch rechtzeitigen Abbau über die Autophagie kann die Freisetzung von Cytochrome c verhindert werden. Der gezielte Abbau des Organelles wird auch Mitophagie genannt.

Autophagie und Apoptose interagieren auf verschiedene Art und Weise miteinander. Zusammen sorgen sie für die Qualitätskontrolle innerhalb von Zellen als auch innerhalb von ganzen Geweben.^[4]

Außerdem spielt die Autophagie eine wichtige Rolle im Immunsystem sämtlicher Lebewesen. In die Zelle eingedrungene Krankheitserreger oder Fremdeiweiße können von Zellen abgebaut und somit unschädlich gemacht werden. Somit kommt der Autophagie eine entscheidende Bedeutung bei der Immunantwort zu.

Einige Lebensformen bedienen sich bei bestimmten Metamorphose-Vorgängen der Autophagie, so z.B. Insekten: Bei der Umwandlung von der Larve zum Imago wird das Gewebe bei der Verpuppung zunächst autophagiert und anschließend neu geordnet.