Autophagie

Autophagie

Was ist Autophagie?
Sirtuine Du liest Autophagie 4 Minuten Weiter Spermidin

Zusammengefasst: Autophagie ist ein zellulärer Selbstreinigungsprozess, bei dem beschädigte oder überflüssige Bestandteile innerhalb einer Zelle abgebaut und recycelt werden. Dieses interne Recyclingsystem ermöglicht es der Zelle, aus nicht mehr funktionsfähigen Komponenten wie fehlgefalteten Proteinen oder defekten Zellbestandteilen wiederverwertbare Materialien zurückzugewinnen. Dies trägt zur Aufrechterhaltung der Zellgesundheit und -funktionalität bei. Während der Autophagie werden die zu entsorgenden Zellbestandteile in einem Autophagosom, einem speziellen Beutel innerhalb der Zelle, eingeschlossen und zu den Lysosomen transportiert. In den Lysosomen werden diese Bestandteile durch Enzyme abgebaut und in nutzbare chemische Bestandteile zerlegt, die für die Zellregeneration und Energiegewinnung verwendet werden. Autophagie ist somit ein wesentlicher Prozess zur Qualitätserhaltung und Regeneration der Zellen.

 

 

 

Was ist Autophagie? 

Autophagie, von den griechischen Wörtern "auto" (selbst) und "phagein" (verdauen), bezeichnet einen zellulären Selbstreinigungsprozess. Während dieses Prozesses identifiziert und zerlegt die Zelle beschädigte oder überflüssige Bestandteile wie fehlgefaltete Proteine, geschädigte Zellorganellen oder Pathogene. Diese werden dann in ihre Grundbausteine zerlegt, die anschließend für neue Zellbestandteile oder Energie wiederverwendet werden.

 

 

 

Geschichte der Autophagie

Die Autophagie wurde erstmals 1962 von Keith R. Porter und seinem Studenten Thomas Ashford beschrieben. Der Abbau und die Wiederverwendung zellulärer Bestandteile im Lysosom wurde 1963 beschrieben, und die Bezeichnung "Autophagie" wurde im selben Jahr von Christian de Duve geprägt​. Yoshinori Ōsumi erhielt 2016 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Entdeckungen auf diesem Gebiet​.

Funktionsweise und Aktivierung der Autophagie

Dein Körper hat ein effizientes internes Recyclingsystem. Beschädigte oder defekte Bausteine, wie fehlgefaltete Proteine oder Zellbestandteile, werden gezielt abgebaut und recycelt. In den Zellen werden diese unbrauchbaren Teile in einem speziellen Beutel, dem Autophagosom, eingeschlossen und zu den Lysosomen transportiert. Diese Bläschen, gefüllt mit Abbauenzymen, zersetzen den Zellmüll in wiederverwendbare chemische Bestandteile, die für die Herstellung neuer Zellbestandteile oder als Energiequelle genutzt werden. 

Autophagie wird durch verschiedene Stressfaktoren wie Nährstoffmangel, Sauerstoffmangel oder Infektionen aktiviert. Der Prozess dient dazu, das Überleben der Zelle unter ungünstigen Bedingungen zu sichern und gleichzeitig die Homöostase, also das Gleichgewicht der Zelle, aufrechtzuerhalten. Neben natürlichen Stressfaktoren kann Autophagie auch durch gezielte Maßnahmen wie Fasten, kalorienreduzierte Ernährung, regelmäßige körperliche Aktivität oder die Einnahme bestimmter Substanzen wie Spermidin oder Sorafenib gefördert werden. Diese Maßnahmen stimulieren die Autophagie und können so zu einer verbesserten Zellfunktion und -gesundheit beitragen.

Autophagie durch Fasten oder Sport

Intervallfasten, wie die 16/8 Methode oder die Warrior-Diät, kann Autophagie fördern. Ein niedriger Insulinspiegel während des Fastens signalisiert dem Körper, auf interne Energiequellen zurückzugreifen, was den Abbau von Glukosespeichern, Fettzellen und schadhaften Zellstrukturen einleitet und so die Autophagie anregt. Die genaue Dauer, ab wann Autophagie einsetzt, ist jedoch individuell unterschiedlich und wissenschaftlich noch nicht vollständig erforscht.

Körperliche Aktivität, insbesondere Ausdauertraining, kann Autophagie stimulieren. Eine Studie mit Mäusen zeigte, dass die Gruppe, die regelmäßig trainierte, bessere Blutwerte und eine erhöhte Autophagieaktivität aufwies als die inaktive Gruppe.

Autophagie und Longevity

Eine gesteigerte Autophagieaktivität wird mit einer längeren Lebensspanne und einem gesünderen Altern in Verbindung gebracht. Sie hilft, den Alterungsprozess zu verlangsamen, indem sie die Akkumulation von zellschädigenden Substanzen verhindert und dadurch das Risiko für altersbedingte Krankheiten reduziert.

Typen der Autophagie

Es gibt verschiedene Formen der Autophagie: Makroautophagie, bei der große Zellbestandteile abgebaut werden, Mikroautophagie, bei der einzelne Moleküle oder kleine Zellbestandteile direkt vom Lysosom aufgenommen werden, und chaperon-vermittelte Autophagie, bei der spezifische Proteine durch Chaperone (Helferproteine) in das Lysosom transportiert werden.

Was beeinflusst Autophagie?

Einige Substanzen, wie Hydroxychloroquin und andere Chloroquinderivate, können die Autophagie hemmen​. Es ist wichtig, Autophagie im Gleichgewicht zu halten, da sowohl eine Über- als auch eine Unteraktivierung gesundheitliche Risiken bergen kann.

 

Anton SD, Moehl K, Donahoo WT, Marosi K, Lee SA, Mainous AG 3rd, Leeuwenburgh C, Mattson MP. Flipping the Metabolic Switch: Understanding and Applying the Health Benefits of Fasting. Obesity (Silver Spring). 2018 Feb;26(2):254-268. doi: 10.1002/oby.22065. Epub 2017 Oct 31. PMID: 29086496; PMCID: PMC5783752. (Link)

Antunes F, Erustes AG, Costa AJ, Nascimento AC, Bincoletto C, Ureshino RP, Pereira GJS, Smaili SS. Autophagy and intermittent fasting: the connection for cancer therapy? Clinics (Sao Paulo). 2018 Dec 10;73(suppl 1):e814s. doi: 10.6061/clinics/2018/e814s. PMID: 30540126; PMCID: PMC6257056. (Link)

Alirezaei M, Kemball CC, Flynn CT, Wood MR, Whitton JL, Kiosses WB. Short-term fasting induces profound neuronal autophagy. Autophagy. 2010 Aug;6(6):702-10. Epub 2010 Aug 14. PubMed PMID: 20534972; PubMed Central PMCID: PMC3106288. (Link)

Bieber A, Capitanio C, Erdmann PS, Fiedler F, Beck F, Lee CW, Li D, Hummer G, Schulman BA, Baumeister W, Wilfling F. In situ structural analysis reveals membrane shape transitions during autophagosome formation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Sep 27;119(39):e2209823119. doi: 10.1073/pnas.2209823119. Epub 2022 Sep 19. PMID: 36122245; PMCID: PMC9522377. (Link)

Ceperuelo-Mallafré V, Ejarque M, Serena C, Duran X, Montori-Grau M, Rodríguez MA, Yanes O, Núñez-Roa C, Roche K, Puthanveetil P, Garrido-Sánchez L, Saez E, Tinahones FJ, Garcia-Roves PM, Gómez-Foix AM, Saltiel AR, Vendrell J, Fernández-Veledo S. Adipose tissue glycogen accumulation is associated with obesity-linked inflammation in humans. Mol Metab. 2015 Oct 16;5(1):5-18. doi: 10.1016/j.molmet.2015.10.001. PMID: 26844203; PMCID: PMC4703799. (Link)

Cheng CW, Adams GB, Perin L, Wei M, Zhou X, Lam BS, Da Sacco S, Mirisola M, Quinn DI, Dorff TB, Kopchick JJ, Longo VD. Prolonged fasting reduces IGF-1/PKA to promote hematopoietic-stem-cell-based regeneration and reverse immunosuppression. Cell Stem Cell. 2014 Jun 5;14(6):810-23. doi: 10.1016/j.stem.2014.04.014. Erratum in: Cell Stem Cell. 2016 Feb 4;18(2):291-2. PubMed PMID: 24905167; PubMed Central PMCID: PMC4102383. (Link)

Cignarelli A, Genchi VA, Perrini S, Natalicchio A, Laviola L, Giorgino F. Insulin and Insulin Receptors in Adipose Tissue Development. Int J Mol Sci. 2019 Feb 11;20(3):759. doi: 10.3390/ijms20030759. PMID: 30754657; PMCID: PMC6387287. (Link)

Cohen P, Spiegelman BM. Cell biology of fat storage. Mol Biol Cell. 2016 Aug PMC4985254. (Link)

Foster DW. Studies in the ketosis of fasting. J Clin Invest. 1967 Aug;46(8):1283-96. doi: 10.1172/JCI105621. PMID: 16695917; PMCID: PMC297130. (Link)

Lakowski B, Hekimi S. The genetics of caloric restriction in Caenorhabditis elegans. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998 Oct 27;95(22):13091-6. doi: 10.1073/pnas.95.22.13091. PMID: 9789046; PMCID: PMC23719. (Link)

Lee CW, Wilfling F, Ronchi P, Allegretti M, Mosalaganti S, Jentsch S, Beck M, Pfander B. Selective autophagy degrades nuclear pore complexes. Nat Cell Biol. 2020 Feb;22(2):159-166. doi: 10.1038/s41556-019-0459-2. Epub 2020 Feb 6. PMID: 32029894. (Link)

Liang Y, Liu C, Lu M, Dong Q, Wang Z, Wang Z, Xiong W, Zhang N, Zhou J, Liu Q, Wang X, Wang Z. Calorie restriction is the most reasonable anti-ageing intervention: a meta-analysis of survival curves. Sci Rep. 2018 Apr 10;8(1):5779. doi: 10.1038/s41598-018-24146-z. PMID: 29636552; PMCID: PMC5893623. (Link)

Liguori I, Russo G, Curcio F, Bulli G, Aran L, Della-Morte D, Gargiulo G, Testa G, Cacciatore F, Bonaduce D, Abete P. Oxidative stress, aging, and diseases. Clin Interv Aging. 2018 Apr 26;13:757-772. doi: 10.2147/CIA.S158513. PMID: 29731617; PMCID: PMC5927356. (Link)

Mattison JA, Colman RJ, Beasley TM, Allison DB, Kemnitz JW, Roth GS, Ingram DK, Weindruch R, de 15;27(16):2523-7. doi: 10.1091/mbc.E15-10-0749. PMID: 27528697; PMCID: Cabo R, Anderson RM. Caloric restriction improves health and survival of rhesus monkeys. Nat Commun. 2017 Jan 17;8:14063. doi: 10.1038/ncomms14063. PMID: 28094793; PMCID: PMC5247583. (Link)

Park MH, Kim DH, Lee EK, Kim ND, Im DS, Lee J, Yu BP, Chung HY. Age-related inflammation and insulin resistance: a review of their intricate interdependency. Arch Pharm Res. 2014 Dec;37(12):1507-14. doi: 10.1007/s12272-014-0474-6. Epub 2014 Sep 20. PMID: 25239110; PMCID: PMC4246128. (Link)

Poljšak, Borut & Dahmane, Raja & Godic, Aleksandar. (2012). Intrinsic skin aging: The role of oxidative stress. Acta Dermatoveneol Alp Panonica Adriat. 2. 33-36. 10.2478/V10162-012-0009-0. (Link)

Redman LM, Smith SR, Burton JH, Martin CK, Il'yasova D, Ravussin E. Metabolic Slowing and Reduced Oxidative Damage with Sustained Caloric Restriction Support the Rate of Living and Oxidative Damage Theories of Aging. Cell Metab. 2018 Apr 3;27(4):805-815.e4. doi: 10.1016/j.cmet.2018.02.019. Epub 2018 Mar 22. PMID: 29576535; PMCID: PMC5886711. (Link)

Shimazu T, Hirschey MD, Newman J, He W, Shirakawa K, Le Moan N, Grueter CA, Lim H, Saunders LR, Stevens RD, Newgard CB, Farese RV Jr, de Cabo R, Ulrich S, Akassoglou K, Verdin E. Suppression of oxidative stress by β-hydroxybutyrate, an endogenous histone deacetylase inhibitor. Science. 2013 Jan 11;339(6116):211-4. doi: 10.1126/science.1227166. Epub 2012 Dec 6. PubMed PMID: 23223453; PubMed Central PMCID: PMC3735349. (Link)

Srivastava S, Baxa U, Niu G, Chen X, Veech RL. A ketogenic diet increases brown adipose tissue mitochondrial proteins and UCP1 levels in mice. IUBMB Life. 2013 Jan;65(1):58-66. doi: 10.1002/iub.1102. Epub 2012 Dec 10. Erratum in: IUBMB Life. 2014 Jul;66(7):519. PMID: 23233333; PMCID: PMC3821007. (Link)

Swindell WR. Dietary restriction in rats and mice: a meta-analysis and review of the evidence for genotype-dependent effects on lifespan. Ageing Res Rev. 2012 Apr;11(2):254-70. doi: 10.1016/j.arr.2011.12.006. Epub 2011 Dec 23. PMID: 22210149; PMCID: PMC3299887. (Link)

Wilfling F, Lee CW, Erdmann PS, Zheng Y, Sherpa D, Jentsch S, Pfander B, Schulman BA, Baumeister W. A Selective Autophagy Pathway for Phase-Separated Endocytic Protein Deposits. Mol Cell. 2020 Dec 3;80(5):764-778.e7. doi: 10.1016/j.molcel.2020.10.030. Epub 2020 Nov 17. PMID: 33207182; PMCID: PMC7721475. (Link)

Yang JH, Hayano M, Griffin PT, Amorim JA, Bonkowski MS, Apostolides JK, Salfati EL, Blanchette M, Munding EM, Bhakta M, Chew YC, Guo W, Yang X, Maybury-Lewis S, Tian X, Ross JM, Coppotelli G, Meer MV, Rogers-Hammond R, Vera DL, Lu YR, Pippin JW, Creswell ML, Dou Z, Xu C, Mitchell SJ, Das A, O'Connell BL, Thakur S, Kane AE, Su Q, Mohri Y, Nishimura EK, Schaevitz L, Garg N, Balta AM, Rego MA, Gregory-Ksander M, Jakobs TC, Zhong L, Wakimoto H, El Andari J, Grimm D, Mostoslavsky R, Wagers AJ, Tsubota K, Bonasera SJ, Palmeira CM, Seidman JG, Seidman CE, Wolf NS, Kreiling JA, Sedivy JM, Murphy GF, Green RE, Garcia BA, Berger SL, Oberdoerffer P, Shankland SJ, Gladyshev VN, Ksander BR, Pfenning AR, Rajman LA, Sinclair DA. Loss of epigenetic information as a cause of mammalian aging. Cell. 2023 Jan 19;186(2):305-326.e27. doi: 10.1016/j.cell.2022.12.027. Epub 2023 Jan 12. PMID: 36638792. (Link)