Autophagie: Wie der Körper seine Zellen erneuert
Die Autophagie ist ein komplexer Prozess, der viele Aspekte von Gesundheit und Krankheit beeinflusst
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Die Homöostase, d. h. die Fähigkeit einer Zelle, eine konstante interne Umgebung aufrechtzuerhalten, ist für das Überleben der Zelle von wesentlicher Bedeutung. Sie beruht auf dem Erreichen eines Gleichgewichts zwischen den Prozessen der Produktion und des Abbaus von Zellbestandteilen. Ein wichtiger Abbauweg ist die Autophagie, ein intrazelluläres Programm zum Abbau und Recycling überflüssiger oder funktionsgestörter Zellbestandteile.
Die Autophagie, (von altgriechisch αὐτόφαγος autóphagos „sich selbst verzehrend“) auch "Selbstverzehr" genannt, ist eine hochkonservierte adaptive Reaktion auf Stress. Dieser uralte Abwehrmechanismus bindet Proteinaggregate, Krankheitserreger und beschädigte oder funktionsuntüchtige Organellen in blasenartige Strukturen innerhalb der Zelle, die Autophagosomen genannt werden, und gibt sie dann zur Zerstörung ab, um Makromoleküle wie Proteine, Fette, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren zur Energiegewinnung und Wiederverwendung freizusetzen. Das Hauptziel der Autophagie besteht darin, der Zelle zu ermöglichen, sich an veränderte Bedingungen und externe Stressfaktoren anzupassen.
Die Autophagie unterscheidet sich von der Apoptose, einer Art zellulärem Selbstzerstörungsmechanismus, der den Körper von beschädigten oder gealterten Zellen befreit. Die beiden Prozesse werden jedoch durch gemeinsame Signale gesteuert und haben gemeinsame regulatorische Komponenten, wodurch die Grenzen zwischen ihren Aktivitäten verwischt werden. In einer einfachen Analogie, in der die Autophagie die erste Antwort und die Apoptose die Vollstreckerin ist, versucht die Autophagie, den Zellschaden zu mildern, aber wenn sie nicht erfolgreich ist, tritt die Apoptose ein, um die Zelle zu töten.
Der Prozess der Autophagie wird durch zelluläre Stressfaktoren wie Nährstoffmangel, Hypoxie und das Vorhandensein von Toxinen aktiviert und umfasst eine Vielzahl von Genen, Proteinen, Rezeptoren und Signalübertragungswegen.
Obwohl die Autophagie auf zellulärer Ebene stattfindet, kann ihre Aktivierung auf Ganzkörperebene die metabolische Fitness verbessern und die Lebensspanne verlängern.[1] [2]
Kategorisierung und Arten der Autophagie
Im Allgemeinen wird die Autophagie entweder als nicht-selektiv oder als selektiv kategorisiert.
Nicht-selektive Autophagie
Die nicht-selektive Autophagie kann als Teil der normalen physiologischen Funktion der Zelle (als basale Autophagie bezeichnet) oder als Reaktion auf Nährstoffmangel oder andere Stressfaktoren als Mittel zur Aufrechterhaltung der Homöostase auftreten. Auf diese Weise erfüllt die nicht-selektive Autophagie eine allgemeine Haushaltsfunktion und hält die zelluläre Qualitätskontrolle aufrecht.
Selektive Autophagie
Die selektive Autophagie hingegen zielt auf bestimmte Einheiten in der Zelle ab, die zerstört und entfernt werden sollen, und trägt zur Verbesserung der allgemeinen Zellfunktion bei. Diese differenzierte Form der Autophagie beruht auf Hinweisen von geschädigten Organellen, Krankheitserregern oder Proteinaggregaten, die sie für die Zerstörung abgrenzen. Sie dient als gezieltes Reinigungsprogramm, das leicht beschädigte oder alternde Teile der Zelle beseitigt.
Arten der Autophagie
Es wurden mehrere Arten der Autophagie identifiziert, die sich darin unterscheiden, wie und wann sie ausgelöst werden, welche Methode der Sequestrierung sie anwenden und welches Ziel sie zerstören. Von besonderem Interesse sind zwei selektive Formen der Autophagie: Mitophagie und Xenophagie.
Mitophagie
Die Mitophagie beinhaltet den selektiven Abbau von Mitochondrien. Sie trägt dazu bei, dass die Körperzellen einen effizienten Stoffwechsel haben, ohne dass übermäßig viele reaktive Sauerstoffspezies produziert werden - eine Art von oxidativem Stress, der natürlich während des Stoffwechsels auftritt und dessen Auswirkungen durch geschädigte Mitochondrien verstärkt werden. Die Mitophagie dient letztlich als Auslöser für die mitochondriale Biogenese, also dem Prozess, durch den neue Mitochondrien produziert werden. Störungen der Mitophagie werden mit mehreren chronischen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Nierenerkrankungen und Alzheimer.[3] [4] [5]
Xenophagie
Xenophagie ist eine Funktion des angeborenen Immunsystems. Sie zielt auf fremde Krankheitserreger (wie Bakterien oder Viren) ab, reguliert die Aktivierung von Antigenen und induziert das angeborene Immungedächtnis - ein lebenswichtiger Prozess, bei dem sich Immunzellen an Bedrohungen "erinnern". Xenophagie spielt möglicherweise auch eine Rolle bei der Regulierung des zellulären Gehalts an nicht-mikrobiellen Substanzen, wie z. B. Eisen[6].
Auslöser der Autophagie
Die Autophagie wird in erster Linie durch drei Signale ausgelöst, die alle mit der Erkennung von Nährstoffen zusammenhängen. Entscheidend für jeden dieser Wege ist der Rückgang des zellulären Acetyl-CoA-Spiegels, eines Endprodukts des Nährstoffmetabolismus. Acetyl-CoA verändert den Acetylierungsstatus von Schlüsselproteinen, die an der Autophagie beteiligt sind (z. B. mTOR und AMP-Kinase), und dient so als gemeinsamer Regulator für die vielen Wege, die zu ihrer Induktion oder Hemmung führen.
Hungern
Wenn Nahrung im Überfluss vorhanden ist, signalisieren Nährstofferkennungswege dem Körper, neue Komponenten zu bilden und überschüssige Nährstoffe zu speichern. Bei Nahrungsknappheit und der damit einhergehenden Verringerung von Acetyl-CoA werden jedoch homöostatische Mechanismen aktiviert - wie die Mobilisierung gespeicherter Nährstoffe durch Autophagie. Wenn Mäuse oder menschliche Probanden hungern, kann die Autophagie auf Ganzkörperebene beobachtet werden[7].
Imitierende Kalorienbeschränkung oder Scheinfasten
Der Acetyl-CoA-Spiegel kann auch durch Nährstoffentzug oder durch imitierende Kalorienrestriktion moduliert werden, d. h. durch Verbindungen, die die Zellen dazu bringen, die Autophagie auch bei ausreichender Nährstoffzufuhr zu aktivieren[8]. Beispiele für imitierende Kalorienbeschränkung sind Resveratrol, Metformin und Rapamycin[9].
Sportliche Betätigung
Sport ist allgemein für seine zahlreichen gesundheitlichen Vorteile bekannt, darunter die Verlängerung der Lebensspanne und der Schutz vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen. Bewegung induziert die Autophagie im Gehirn und in mehreren Organen, die am Stoffwechsel beteiligt sind. Dazu gehören die Leber, die Bauchspeicheldrüse, das Fettgewebe und die Muskeln, was erklären könnte, wie sich Bewegung auf den gesamten Körper auswirkt.[10] Insbesondere Ausdauertraining induziert die Autophagie bei Mäusen und vermittelt die schädlichen Auswirkungen von Diabetes und Fettleibigkeit.[11]
Physiologische Aufgaben der Autophagie
Überwachung des Immunsystems
Zusätzlich zu ihrer Rolle als Manager der Qualitätskontrolle und Homöostase dient die Autophagie als Auslöser für die Immunüberwachung, einem Prozess, bei dem Immunzellen fremde Krankheitserreger wie Bakterien, Viren und präkanzeröse oder krebsartige Zellen im Körper aufspüren und identifizieren.
Die Immunüberwachung wird aktiviert, wenn die Autophagie die Freisetzung von ATP aus absterbenden Zellen erleichtert, was die Aufmerksamkeit der myeloischen Zellen erregt. Dieser kritische Faktor des körpereigenen Immunsystems ist weitgehend für die angeborene Verteidigung gegen eine Reihe von Krankheitserregern verantwortlich. Das freigesetzte ATP aktiviert eine spezielle Klasse zellulärer Proteine, die so genannten purinergen Rezeptoren, die wiederum verschiedene Elemente des Immunsystems einschalten, darunter das Inflammasom, ein wichtiger Akteur bei der Entzündungsreaktion des Körpers.[12] Die Immunüberwachung ist entscheidend für die Unterdrückung der Tumorentwicklung und des anschließenden Wachstums. Ihre Aktivierung ist ein Prädiktor für den langfristigen Erfolg chemotherapeutischer Behandlungen und könnte dazu beitragen, die komplexe Beziehung zwischen Autophagie und Krebs zu erklären.[13]
Verzögerte Alterung
Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die Autophagie zu Langlebigkeit und Gesundheit beitragen kann. Kalorienrestriktion, ein starker Auslöser der Autophagie, verlängert bei vielen Organismen die Lebensspanne, senkt aber auch das Risiko vieler altersbedingter chronischer Krankheiten wie Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und Hirnatrophie, was wahrscheinlich auf die positiven Auswirkungen der Autophagie zurückzuführen ist.[14] [15]
Pathophysiologische Rolle der Autophagie
Störungen der Autophagie werden mit der Entstehung von Krebs, Autoimmunerkrankungen, Infektionskrankheiten und neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Ein gemeinsamer Faktor bei all diesen Erkrankungen ist die Entzündung. Die gestörte Autophagie fördert die Produktion von entzündungsfördernden Botenstoffen, die zu einer unangemessenen Aktivierung des Immunsystems und nachfolgenden Krankheiten führen können.
Krebs
Während die Autophagie bei der Tumorentstehung die Unterdrückung fördert, bietet sie bei der Tumorentwicklung entscheidenden Schutz. Bei Krebs im Frühstadium kann die anfängliche Unterdrückung der Autophagie dazu beitragen, dass das Immunsystem nicht übermäßig auf sie aufmerksam wird, sie kann aber auch die fortschreitende Transformation erleichtern. In späteren Krebsstadien kann die Autophagie den Krebszellen helfen, in der feindlichen Mikroumgebung des Tumors zu überleben. Stoffwechselstress wird von Krebszelllinien relativ gut vertragen, da sie in der Lage sind, die autophagische Reaktion zu aktivieren[13].
Autoimmunerkrankung
Obwohl die Autophagie im Allgemeinen als nützlicher Prozess angesehen wird, kann sie bei Autoimmunkrankheiten schädliche Auswirkungen haben. Bei rheumatoider Arthritis löst ein entzündungsförderndes Zellsignalprotein die Autophagie aus und fördert die Differenzierung von Osteoklasten, einer Art von Knochenzellen, die mineralisiertes Gewebe im Gelenk abbauen und so die Gelenkarchitektur zerstören.[16] In ähnlicher Weise wurde eine Dysregulation der Autophagie-Signalübertragung bei Lupus und Morbus Crohn festgestellt.[17]
Infektionskrankheiten
Einige Krankheitserreger haben Strategien entwickelt, um die Autophagie erfolgreich zu umgehen. M. tuberculosis, das Bakterium, das für die Tuberkulose verantwortlich ist, beherrscht beispielsweise die Autophagie-Mechanismen, indem es sich im Autophagosom versteckt und so die Prozesse zum Abbau des Erregers beeinträchtigt.[18] Das Bakterium kann auch einen der an der Xenophagie beteiligten Schritte stören und so letztlich die Immunantwort des Körpers beeinträchtigen.[19] In ähnlicher Weise reduziert das humane Immundefizienz-Virus (HIV) die zellulären Spiegel von Schlüsselproteinen, die an der Induktion der Xenophagie beteiligt sind.[20]
Neurodegenerative Erkrankung
Störungen der Mitophagie werden stark mit der Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht, einer neurodegenerativen Erkrankung, die durch mitochondriale Dysfunktion und Energiedefizite in dopaminergen Neuronen im Gehirn gekennzeichnet ist. Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass die Mitophagie bei der Parkinson-Krankheit beeinträchtigt ist und die Anhäufung dysfunktionaler Mitochondrien fördert. Eine gestörte Mitophagie trägt wahrscheinlich zur Ansammlung von fehlgefalteten Proteinen bei, was wiederum die mitochondriale Homöostase beeinträchtigt[21].
Die Autophagie ist ein komplexer Prozess, der viele Aspekte von Gesundheit und Krankheit beeinflusst. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase, indem er am Zellstoffwechsel, am Überleben und an der Abwehr des Trägers beteiligt ist. Störungen der Autophagie werden mit einer Vielzahl von chronischen Erkrankungen wie Krebs, Autoimmunerkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Alterung in Verbindung gebracht. Die Modulation der Autophagie könnte ein vielversprechender therapeutischer Ansatz zur Verlängerung der menschlichen Lebens- und Gesundheitsspanne sein.
Referenzen
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Publiziert
22.7.2024
Kategorie
Health
Experte
Wissenschaftliche Begriffe
Autophagie
von altgriechisch αὐτόφαγος autóphagos 'sich selbst verzehrend'
Ein normaler und geordneter Prozess des Abbaus und der Wiederverwertung von beschädigten Zellbestandteilen.
Apoptose
von griech. apoptōsis = das Abfallen, z. B. eines Blattes
Apoptose ist ein streng geregelter physiologischer Vorgang in der Art eines "Zellselbstmords", der für Entwicklung, Erhaltung und Altern vielzelliger Organismen eine wichtige Rolle spielt und bei dem einzelne Zellen planmäßig eliminiert werden.
Homöostase
altgriechisch ὁμοιοστάσις homoiostásis, deutsch ‚Gleichstand‘
Der Zustand, der sich aus der Aufrechterhaltung eines kontrollierten Milieus in den Zellen ergibt, das teilweise durch die von den endokrinen Drüsen produzierten Hormone reguliert wird. Was den Menschen betrifft, so ist dies der stabile Zustand, in dem sich unser Körper im Gleichgewicht befindet.
Metformin
Ein aus der französischen Nieswurz gewonnenes Molekül, das zur Behandlung von Typ-2-Diabetes (Altersdiabetes) eingesetzt wird und ein Medikament gegen Langlebigkeit sein könnte.
Mitophagie
von altgriechisch μίτος mítos, deutsch ‚Faden' und altgriechisch φαγεῖν phagein, deutsch ‚fressen'
Mitophagie ist ein Prozess, bei dem geschädigte Mitochondrien aus der Zelle entfernt werden, wodurch das Wachstum und die Erhaltung gesunder Mitochondrien gefördert werden.
Die Homöostase, d. h. die Fähigkeit einer Zelle, eine konstante interne Umgebung aufrechtzuerhalten, ist für das Überleben der Zelle von wesentlicher Bedeutung. Sie beruht auf dem Erreichen eines Gleichgewichts zwischen den Prozessen der Produktion und des Abbaus von Zellbestandteilen. Ein wichtiger Abbauweg ist die Autophagie, ein intrazelluläres Programm zum Abbau und Recycling überflüssiger oder funktionsgestörter Zellbestandteile.
Die Autophagie, (von altgriechisch αὐτόφαγος autóphagos „sich selbst verzehrend“) auch "Selbstverzehr" genannt, ist eine hochkonservierte adaptive Reaktion auf Stress. Dieser uralte Abwehrmechanismus bindet Proteinaggregate, Krankheitserreger und beschädigte oder funktionsuntüchtige Organellen in blasenartige Strukturen innerhalb der Zelle, die Autophagosomen genannt werden, und gibt sie dann zur Zerstörung ab, um Makromoleküle wie Proteine, Fette, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren zur Energiegewinnung und Wiederverwendung freizusetzen. Das Hauptziel der Autophagie besteht darin, der Zelle zu ermöglichen, sich an veränderte Bedingungen und externe Stressfaktoren anzupassen.
Die Autophagie unterscheidet sich von der Apoptose, einer Art zellulärem Selbstzerstörungsmechanismus, der den Körper von beschädigten oder gealterten Zellen befreit. Die beiden Prozesse werden jedoch durch gemeinsame Signale gesteuert und haben gemeinsame regulatorische Komponenten, wodurch die Grenzen zwischen ihren Aktivitäten verwischt werden. In einer einfachen Analogie, in der die Autophagie die erste Antwort und die Apoptose die Vollstreckerin ist, versucht die Autophagie, den Zellschaden zu mildern, aber wenn sie nicht erfolgreich ist, tritt die Apoptose ein, um die Zelle zu töten.
Der Prozess der Autophagie wird durch zelluläre Stressfaktoren wie Nährstoffmangel, Hypoxie und das Vorhandensein von Toxinen aktiviert und umfasst eine Vielzahl von Genen, Proteinen, Rezeptoren und Signalübertragungswegen.
Obwohl die Autophagie auf zellulärer Ebene stattfindet, kann ihre Aktivierung auf Ganzkörperebene die metabolische Fitness verbessern und die Lebensspanne verlängern.[1] [2]
Kategorisierung und Arten der Autophagie
Im Allgemeinen wird die Autophagie entweder als nicht-selektiv oder als selektiv kategorisiert.
Nicht-selektive Autophagie
Die nicht-selektive Autophagie kann als Teil der normalen physiologischen Funktion der Zelle (als basale Autophagie bezeichnet) oder als Reaktion auf Nährstoffmangel oder andere Stressfaktoren als Mittel zur Aufrechterhaltung der Homöostase auftreten. Auf diese Weise erfüllt die nicht-selektive Autophagie eine allgemeine Haushaltsfunktion und hält die zelluläre Qualitätskontrolle aufrecht.
Selektive Autophagie
Die selektive Autophagie hingegen zielt auf bestimmte Einheiten in der Zelle ab, die zerstört und entfernt werden sollen, und trägt zur Verbesserung der allgemeinen Zellfunktion bei. Diese differenzierte Form der Autophagie beruht auf Hinweisen von geschädigten Organellen, Krankheitserregern oder Proteinaggregaten, die sie für die Zerstörung abgrenzen. Sie dient als gezieltes Reinigungsprogramm, das leicht beschädigte oder alternde Teile der Zelle beseitigt.
Arten der Autophagie
Es wurden mehrere Arten der Autophagie identifiziert, die sich darin unterscheiden, wie und wann sie ausgelöst werden, welche Methode der Sequestrierung sie anwenden und welches Ziel sie zerstören. Von besonderem Interesse sind zwei selektive Formen der Autophagie: Mitophagie und Xenophagie.
Mitophagie
Die Mitophagie beinhaltet den selektiven Abbau von Mitochondrien. Sie trägt dazu bei, dass die Körperzellen einen effizienten Stoffwechsel haben, ohne dass übermäßig viele reaktive Sauerstoffspezies produziert werden - eine Art von oxidativem Stress, der natürlich während des Stoffwechsels auftritt und dessen Auswirkungen durch geschädigte Mitochondrien verstärkt werden. Die Mitophagie dient letztlich als Auslöser für die mitochondriale Biogenese, also dem Prozess, durch den neue Mitochondrien produziert werden. Störungen der Mitophagie werden mit mehreren chronischen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Nierenerkrankungen und Alzheimer.[3] [4] [5]
Xenophagie
Xenophagie ist eine Funktion des angeborenen Immunsystems. Sie zielt auf fremde Krankheitserreger (wie Bakterien oder Viren) ab, reguliert die Aktivierung von Antigenen und induziert das angeborene Immungedächtnis - ein lebenswichtiger Prozess, bei dem sich Immunzellen an Bedrohungen "erinnern". Xenophagie spielt möglicherweise auch eine Rolle bei der Regulierung des zellulären Gehalts an nicht-mikrobiellen Substanzen, wie z. B. Eisen[6].
Auslöser der Autophagie
Die Autophagie wird in erster Linie durch drei Signale ausgelöst, die alle mit der Erkennung von Nährstoffen zusammenhängen. Entscheidend für jeden dieser Wege ist der Rückgang des zellulären Acetyl-CoA-Spiegels, eines Endprodukts des Nährstoffmetabolismus. Acetyl-CoA verändert den Acetylierungsstatus von Schlüsselproteinen, die an der Autophagie beteiligt sind (z. B. mTOR und AMP-Kinase), und dient so als gemeinsamer Regulator für die vielen Wege, die zu ihrer Induktion oder Hemmung führen.
Hungern
Wenn Nahrung im Überfluss vorhanden ist, signalisieren Nährstofferkennungswege dem Körper, neue Komponenten zu bilden und überschüssige Nährstoffe zu speichern. Bei Nahrungsknappheit und der damit einhergehenden Verringerung von Acetyl-CoA werden jedoch homöostatische Mechanismen aktiviert - wie die Mobilisierung gespeicherter Nährstoffe durch Autophagie. Wenn Mäuse oder menschliche Probanden hungern, kann die Autophagie auf Ganzkörperebene beobachtet werden[7].
Imitierende Kalorienbeschränkung oder Scheinfasten
Der Acetyl-CoA-Spiegel kann auch durch Nährstoffentzug oder durch imitierende Kalorienrestriktion moduliert werden, d. h. durch Verbindungen, die die Zellen dazu bringen, die Autophagie auch bei ausreichender Nährstoffzufuhr zu aktivieren[8]. Beispiele für imitierende Kalorienbeschränkung sind Resveratrol, Metformin und Rapamycin[9].
Sportliche Betätigung
Sport ist allgemein für seine zahlreichen gesundheitlichen Vorteile bekannt, darunter die Verlängerung der Lebensspanne und der Schutz vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen. Bewegung induziert die Autophagie im Gehirn und in mehreren Organen, die am Stoffwechsel beteiligt sind. Dazu gehören die Leber, die Bauchspeicheldrüse, das Fettgewebe und die Muskeln, was erklären könnte, wie sich Bewegung auf den gesamten Körper auswirkt.[10] Insbesondere Ausdauertraining induziert die Autophagie bei Mäusen und vermittelt die schädlichen Auswirkungen von Diabetes und Fettleibigkeit.[11]
Physiologische Aufgaben der Autophagie
Überwachung des Immunsystems
Zusätzlich zu ihrer Rolle als Manager der Qualitätskontrolle und Homöostase dient die Autophagie als Auslöser für die Immunüberwachung, einem Prozess, bei dem Immunzellen fremde Krankheitserreger wie Bakterien, Viren und präkanzeröse oder krebsartige Zellen im Körper aufspüren und identifizieren.
Die Immunüberwachung wird aktiviert, wenn die Autophagie die Freisetzung von ATP aus absterbenden Zellen erleichtert, was die Aufmerksamkeit der myeloischen Zellen erregt. Dieser kritische Faktor des körpereigenen Immunsystems ist weitgehend für die angeborene Verteidigung gegen eine Reihe von Krankheitserregern verantwortlich. Das freigesetzte ATP aktiviert eine spezielle Klasse zellulärer Proteine, die so genannten purinergen Rezeptoren, die wiederum verschiedene Elemente des Immunsystems einschalten, darunter das Inflammasom, ein wichtiger Akteur bei der Entzündungsreaktion des Körpers.[12] Die Immunüberwachung ist entscheidend für die Unterdrückung der Tumorentwicklung und des anschließenden Wachstums. Ihre Aktivierung ist ein Prädiktor für den langfristigen Erfolg chemotherapeutischer Behandlungen und könnte dazu beitragen, die komplexe Beziehung zwischen Autophagie und Krebs zu erklären.[13]
Verzögerte Alterung
Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die Autophagie zu Langlebigkeit und Gesundheit beitragen kann. Kalorienrestriktion, ein starker Auslöser der Autophagie, verlängert bei vielen Organismen die Lebensspanne, senkt aber auch das Risiko vieler altersbedingter chronischer Krankheiten wie Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und Hirnatrophie, was wahrscheinlich auf die positiven Auswirkungen der Autophagie zurückzuführen ist.[14] [15]
Pathophysiologische Rolle der Autophagie
Störungen der Autophagie werden mit der Entstehung von Krebs, Autoimmunerkrankungen, Infektionskrankheiten und neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Ein gemeinsamer Faktor bei all diesen Erkrankungen ist die Entzündung. Die gestörte Autophagie fördert die Produktion von entzündungsfördernden Botenstoffen, die zu einer unangemessenen Aktivierung des Immunsystems und nachfolgenden Krankheiten führen können.
Krebs
Während die Autophagie bei der Tumorentstehung die Unterdrückung fördert, bietet sie bei der Tumorentwicklung entscheidenden Schutz. Bei Krebs im Frühstadium kann die anfängliche Unterdrückung der Autophagie dazu beitragen, dass das Immunsystem nicht übermäßig auf sie aufmerksam wird, sie kann aber auch die fortschreitende Transformation erleichtern. In späteren Krebsstadien kann die Autophagie den Krebszellen helfen, in der feindlichen Mikroumgebung des Tumors zu überleben. Stoffwechselstress wird von Krebszelllinien relativ gut vertragen, da sie in der Lage sind, die autophagische Reaktion zu aktivieren[13].
Autoimmunerkrankung
Obwohl die Autophagie im Allgemeinen als nützlicher Prozess angesehen wird, kann sie bei Autoimmunkrankheiten schädliche Auswirkungen haben. Bei rheumatoider Arthritis löst ein entzündungsförderndes Zellsignalprotein die Autophagie aus und fördert die Differenzierung von Osteoklasten, einer Art von Knochenzellen, die mineralisiertes Gewebe im Gelenk abbauen und so die Gelenkarchitektur zerstören.[16] In ähnlicher Weise wurde eine Dysregulation der Autophagie-Signalübertragung bei Lupus und Morbus Crohn festgestellt.[17]
Infektionskrankheiten
Einige Krankheitserreger haben Strategien entwickelt, um die Autophagie erfolgreich zu umgehen. M. tuberculosis, das Bakterium, das für die Tuberkulose verantwortlich ist, beherrscht beispielsweise die Autophagie-Mechanismen, indem es sich im Autophagosom versteckt und so die Prozesse zum Abbau des Erregers beeinträchtigt.[18] Das Bakterium kann auch einen der an der Xenophagie beteiligten Schritte stören und so letztlich die Immunantwort des Körpers beeinträchtigen.[19] In ähnlicher Weise reduziert das humane Immundefizienz-Virus (HIV) die zellulären Spiegel von Schlüsselproteinen, die an der Induktion der Xenophagie beteiligt sind.[20]
Neurodegenerative Erkrankung
Störungen der Mitophagie werden stark mit der Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht, einer neurodegenerativen Erkrankung, die durch mitochondriale Dysfunktion und Energiedefizite in dopaminergen Neuronen im Gehirn gekennzeichnet ist. Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass die Mitophagie bei der Parkinson-Krankheit beeinträchtigt ist und die Anhäufung dysfunktionaler Mitochondrien fördert. Eine gestörte Mitophagie trägt wahrscheinlich zur Ansammlung von fehlgefalteten Proteinen bei, was wiederum die mitochondriale Homöostase beeinträchtigt[21].
Die Autophagie ist ein komplexer Prozess, der viele Aspekte von Gesundheit und Krankheit beeinflusst. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase, indem er am Zellstoffwechsel, am Überleben und an der Abwehr des Trägers beteiligt ist. Störungen der Autophagie werden mit einer Vielzahl von chronischen Erkrankungen wie Krebs, Autoimmunerkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Alterung in Verbindung gebracht. Die Modulation der Autophagie könnte ein vielversprechender therapeutischer Ansatz zur Verlängerung der menschlichen Lebens- und Gesundheitsspanne sein.
Experte
Referenzen
- Yang, L., Li, P., Fu, S., Calay, E. S. & Hotamisligil, G. S. (2010, Juni). Defective Hepatic Autophagy in Obesity Promotes ER Stress and Causes Insulin Resistance. Cell Metabolism, 11(6), 467–478. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2010.04.005
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Publiziert
22.7.2024
Kategorie
Health
Wissenschaftliche Begriffe
Autophagie
von altgriechisch αὐτόφαγος autóphagos 'sich selbst verzehrend'
Ein normaler und geordneter Prozess des Abbaus und der Wiederverwertung von beschädigten Zellbestandteilen.
Apoptose
von griech. apoptōsis = das Abfallen, z. B. eines Blattes
Apoptose ist ein streng geregelter physiologischer Vorgang in der Art eines "Zellselbstmords", der für Entwicklung, Erhaltung und Altern vielzelliger Organismen eine wichtige Rolle spielt und bei dem einzelne Zellen planmäßig eliminiert werden.
Homöostase
altgriechisch ὁμοιοστάσις homoiostásis, deutsch ‚Gleichstand‘
Der Zustand, der sich aus der Aufrechterhaltung eines kontrollierten Milieus in den Zellen ergibt, das teilweise durch die von den endokrinen Drüsen produzierten Hormone reguliert wird. Was den Menschen betrifft, so ist dies der stabile Zustand, in dem sich unser Körper im Gleichgewicht befindet.
Metformin
Ein aus der französischen Nieswurz gewonnenes Molekül, das zur Behandlung von Typ-2-Diabetes (Altersdiabetes) eingesetzt wird und ein Medikament gegen Langlebigkeit sein könnte.
Mitophagie
von altgriechisch μίτος mítos, deutsch ‚Faden' und altgriechisch φαγεῖν phagein, deutsch ‚fressen'
Mitophagie ist ein Prozess, bei dem geschädigte Mitochondrien aus der Zelle entfernt werden, wodurch das Wachstum und die Erhaltung gesunder Mitochondrien gefördert werden.
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