Autofagia – A 60 años de su descubrimiento

En la década de 1950, el citólogo y bioquímico inglés Christian de Duve, investigando la acción de la insulina, trató de localizar en el interior de la célula diferentes actividades enzimáticas. Tras sus estudios concluyó que las enzimas capaces de romper moléculas o hidrolasas, se encontraban secuestradas en el interior de una vesícula membranosa a la cual de Duve denominó lisosoma. Por estas investigaciones y muchas otras sobre el contenido del citoplasma eucariota Christian de Duve, Albert Claude, y George Palade, recibieron en 1974 el Premio Nobel en Fisiología por sus descubrimientos relativos a la estructura y organización funcional de la célula. Poco después del descubrimiento de los lisosomas, otros investigadores observaron porciones de citoplasma que se encontraban en el interior de unas estructuras membranosas en células renales de ratones que contenían restos de citoplasma y mitocondrias. Estas vesículas aumentaban notablemente en número a medida que progresaba la degeneración y acumulaban gránulos que contenían la enzimas capaces de romper moléculas como por ejemplo la fosfatasa ácida. También se observaron en hígado de ratón, estructuras de membrana que tenían en su interior porciones de citoplasma degenerado. Reconociendo que las estructuras encontradas tenían la capacidad de digerir el contenido intracelular, Christian de Duve acuñó en 1963 el término autofagia, y discutió ampliamente este concepto en un artículo de revisión publicado unos años más tarde. Autofagia término que procede del griego “auto”' que significa “uno mismo” y “phagos” que significa “comer”, y que es adoptado para describir el conjunto de reacciones moleculares que resultan en la degradación de los componentes intracelulares en los lisosomas. de Duve pudo observar cómo los lisosomas ayudaban a este proceso en el cual se podría decir que se realiza una la limpieza celular. En la década de los 90, el japonés Yoshinori Oshumi describió un conjunto de genes relacionados con la autofagia, estos genes conocidos como genes ATG que, junto con sus intentos de identificar la base genética de dicho proceso, le condujeron a recibir el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2016. El reciclaje de estructuras defectuosas es una de las bases de la supervivencia celular, ya que permite reducir los desechos celulares, preservar la energía y permitir la adaptación a los cambios al regular la abundancia de los componentes intracelulares. A diferencia de lo que se creía antiguamente, la autofagia no solo se basa en un proceso de reciclaje de proteínas, sino que contribuye a mantener un balance energético positivo a través de la degradación y utilización de algunas organelas celulares, el glucógeno o algunos lípidos. A su vez, también se ha observado la participación de la autofagia en diversos procesos como la diferenciación celular, la remodelación de tejidos, el control del crecimiento y la defensa celular. A través de la autofagia la célula mantiene un equilibrio controlado entre las funciones celulares del anabolismo y del catabolismo, y permite la eliminación de organelas innecesarias o defectuosas. Además de facilitar el recambio de los elementos celulares viejos o muertos, la autofagia también permite mantener la viabilidad celular durante el agotamiento de nutrientes. Los componentes digeridos de los orgánulos se reciclan y se reutilizan para el crecimiento y el desarrollo normal de la célula. La autofagia desempeña un papel esencial durante el ayuno, la diferenciación, la muerte y el envejecimiento de las células. Es un mecanismo de supervivencia en épocas de falta de nutrientes, para que la célula en ayunas consiga sobrevivir ingiriendo su propio contenido y reciclándolo para aportar nutrientes y energía. Los orgánulos intracelulares y porciones del citosol se secuestran dentro de una vesícula derivada del retículo endoplásmico, cuya formación se inicia gracias a proteínas que se encuentran en el citosol y que perciben a manera de sensor la falta de nutrientes. La autofagia puede dividirse en tres mecanismos bien caracterizados: La macroautofagia, o simplemente autofagia, es un proceso no específico en el cual una porción del citoplasma o un orgánulo completo en primer lugar es rodeado por una membrana interna, originada del retículo endoplásmático, denominada autofagosoma. La forma de la membrana de aislamiento se modifica, curvándose para rodear y sellar un orgánulo destinado a la digestión dentro de la luz del autofagosoma. En segundo lugar, existe la microautofagia también es un proceso no específico en el cual las proteínas del citosol son degradadas en un proceso lento y continuo bajo condiciones fisiológicas normales. En la microautofagia, las proteínas citosólicas solubles pequeñas se incorporan dentro de los lisosomas por invaginación de la membrana lisosómica y finalmente el tercer tipos es la autofagia mediada por chaperonas, el cual es el único proceso selectivo de degradación proteica, para lo cual requiere la colaboración de proteínas específicas, llamadas chaperonas. Este proceso necesita la presencia de señales de localización en las proteínas que se han de degradar y de un receptor específico en la membrana lisosómica. Nuestro viaje de hoy ocurre gracias a la función de nanorreducción, que nos permitirá ingresar al interior celular para ver y describir de cerca este proceso de reciclaje, que en este 2023 cumple 60 años desde que fue propuesto por primera vez, y que hoy sabemos que también está relacionado con aspectos como la bioenergética celular, el envejecimiento, la proliferación y diferenciación celular, la respuesta inmune contra patógenos, algunos procesos que ocurren durante el cáncer y la apoptosis o muerte celular programada. Nuestro viaje de hoy nos permitirá profundizar en el mecanismo de este proceso, así como en las diferentes funciones que cumple a nivel fisiológico. Música del capítulo Atom Music Audio - Titan Epic Music VN - BATTLE OF MUTANTS | X-Men Apocalypse - Epic Cinematic LindenStreet - Band Aid - Do They Know It's Christmas 8-BIT VERSION Hear ´N Aid - Stars Enlaces Antunes F, Erustes AG, Costa AJ, Nascimento AC, Bincoletto C, Ureshino RP, Pereira GJS, Smaili SS. 2018. Autophagy and intermittent fasting: the connection for cancer therapy? Clinics Dec 10;73(suppl 1). Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6257056/pdf/cln-73-814s.pdf Arndt V, Dick N, Tawo R, Dreiseidler M, Wenzel D, Hesse M, Fürst DO, Saftig P, Saint R, Fleischmann BK, Hoch M, Höhfeld J (January 2010). "Chaperone-assisted selective autophagy is essential for muscle maintenance". Current Biology. 20 (2): 143–8. Disponible en: https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0960-9822%2809%2902000-4 Arstila AU, Trump BF. Studies on cellular autophagocytosis. The formation of autophagic vacuoles in the liver after glucagon administration. Am J Pathol 1968; 53:687-733. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2013521/pdf/amjpathol00556-0040.pdf Ashford TP, Porter KR (January 1962). "Cytoplasmic components in hepatic cell lysosomes". The Journal of Cell Biology. 12 (1): 198–202. Disponible en: https://rupress.org/jcb/article-pdf/12/1/198/1473249/198.pdf Costas, Mónica A, & Rubio, María F.. (2017). Autofagia, una estrategia de supervivencia celular. Medicina (Buenos Aires), 77(4), 314-320. Disponible en: https://www.medicinabuenosaires.com/volumen-77-ano-2017/volumen-77-ano-2017-no-4-indice/autofagia-una-estrategia-de-supervivencia-celular/ Dice J.F. (2007) Chaperone-Mediated Autophagy, Autophagy, 3:4, 295-299. Disponible en: https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.4161/auto.4144?needAccess=true Focusing on Autophagy. Nat Cell Biol 12, 813 (2010). Disponible en: https://doi.org/10.1038/ncb0910-813 Farré JC, Krick R, Subramani S, Thumm M. Turnover of organelles by autophagy in yeast. Curr Opin Cell Biol. 2009 Aug;21(4):522-30. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2725217/pdf/nihms117062.pdf Germain K, Kim PK. Pexophagy: A Model for Selective Autophagy. Int J Mol Sci. 2020 Jan 16;21(2):578. Disponible en: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/2/578 Guerra Giráldez, C. (2017). Yoshinori Ohsumi, las levaduras y la autofagia: El redescubrimiento de un proceso conocido. Acta Herediana, 59, 42. Disponible en: https://doi.org/10.20453/ah.v59i0.3039 Gutiérrez-Casado, Elena. 2018. Regulación fisiológica mitocondrial y de señalización autofágica a través de intervenciones nutricionales con diferentes fuentes lipídicas y antioxidantes. Tesis. Universidad de Córdoba, UCOPress. Disponible en: https://helvia.uco.es/xmlui/handle/10396/17368 Grumati P., Coletto L., Schiavinato A., Castagnaro S., Bertaggia E., Sandri M. & Bonaldo P. (2011) Physical exercise stimulates autophagy in normal skeletal muscles but is detrimental for collagen VI-deficient muscles, Autophagy, 7:12, 1415-1423, Disponible en: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.4161/auto.7.12.17877 Harnett MM, Pineda MA, Latré de Laté P, Eason RJ, Besteiro S, Harnett W, Langsley G. From Christian de Duve to Yoshinori Ohsumi: More to autophagy than just dining at home. Biomed J. 2017 Feb;40(1):9-22. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.bj.2016.12.004 Heredia-Martínez L. 2022. Estudio funcional de la autofagia por estrés específico en el cloroplasto de la microalga modelo Chlamydomonas reinhardtii. Tesis Doctoral. Universidad de Sevilla. Disponible en: https://idus.us.es/bitstream/handle/11441/133601/Heredia%20Mart%C3%ADnez%2C%20Luis%20Tesis.pdf?sequence=1 Hernandez A. 2020, Vía MTOR/AMPK: La Guía Definitiva Del Equilibrio Metabólico. DR. ANTONIO HERNÁNDEZ NUTRICIÓN Y SALUD. Disponible en: https://www.doctorantoniohernandez.es/blog/via-mtor-ampk-equilibrio-metabolico Hruban Z, Spargo B, Swift H, Wissler RW, Kleinfeld RG. 1963. "Focal cytoplasmic degradation". The American Journal of Pathology. 42 (6): 657–83 Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1949709/pdf/amjpathol00319-0016.pdf Kirkin V. History of the Selective Autophagy Research: How Did It Begin and Where Does It Stand Today? J Mol Biol. 2020 Jan 3;432(1):3-27. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022283619302657?via%3Dihub Klionsky D..J (2008) Autophagy revisited: A conversation with Christian de Duve, Autophagy, 4:6, 740-743, DOI: 10.4161/auto.6398 Disponible en: https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.4161/auto.6398?needAccess=true Lemasters JJ. Variants of mitochondrial autophagy: Types 1 and 2 mitophagy and micromitophagy (Type 3). Redox Biol. 2014 Jun 12;2:749-54. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4085350/pdf/main.pdf Levy JM, Towers CG, Thorburn A (September 2017). "Targeting autophagy in cancer". Nature Reviews. Cancer. 17 (9): 528–542. Disponible en: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28751651/ Liang, X., Jackson, S., Seaman, M. et al. Induction of autophagy and inhibition of tumorigenesis by beclin 1 . Nature 402, 672–676 (1999). Disponible en: https://doi.org/10.1038/45257 Liu K, Czaja MJ (January 2013). "Regulation of lipid stores and metabolism by lipophagy". Cell Death and Differentiation. 20 (1): 3–11. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3524634/pdf/cdd201263a.pdf Mercer CA, Kaliappan A, Dennis PB. Macroautophagy-dependent, intralysosomal cleavage of a betaine homocysteine methyltransferase fusion protein requires stable multimerization. Autophagy. 2008 Feb;4(2):185-94. Disponible en: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.4161/auto.5275 Mizushima N, Komatsu M (November 2011). "Autophagy: renovation of cells and tissues". Cell. 147 (4): 728–41. Disponible en: https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674%2811%2901276-1 Nakatogawa, Hitoshi & Suzuki, Kuninori & Kamada, Yoshiaki & Ohsumi, Yoshinori. (2009). Dynamics and diversity in autophagy mechanisms: Lessons from yeast. Nature reviews. Molecular cell biology. 10. 458-67. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/26262472_Dynamics_and_diversity_in_autophagy_mechanisms_Lessons_from_yeast Ohsumi Y. Molecular mechanism of autophagy in yeast, Saccharomyces cerevisiae. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1999 Sep 29;354(1389):1577-80; discussion 1580-1. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1692668/pdf/10582243.pdf Ohsumi, Y. Historical landmarks of autophagy research. Cell Res 24, 9–23 (2014). https://doi.org/10.1038/cr.2013.169 Peña-Sanoja, María Johanna, & De Sanctis, Juan Bautista. (2013). Autofagia y respuesta inmunitaria. Investigación Clínica, 54(3), 325-337. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/3729/372937693009.pdf Pfeifer U, Strauss P. Autophagic vacuoles in heart muscle and liver. A comparative morphometric study including circadian variations in meal-fed rats. J Mol Cell Cardiol. 1981 Jan;13(1):37-49. Disponible en: https://www.jmcc-online.com/article/0022-2828(81)90227-3/pdf Robert E. Smith, Marilyn G. Farquhar; LYSOSOME FUNCTION IN THE REGULATION OF THE SECRETORY PROCESS IN CELLS OF THE ANTERIOR PITUITARY GLAND . J Cell Biol 1 November 1966; 31 (2): 319–347. Disponible en: https://rupress.org/jcb/article-pdf/31/2/319/1619098/319.pdf Saksena S, Emr SD. ESCRTs and human disease. Biochem Soc Trans. 2009 Feb;37(Pt 1):167-72. Disponible en: https://doi.org/10.1042/BST0370167 Singh, R., Kaushik, S., Wang, Y. et al. Autophagy regulates lipid metabolism. Nature 458, 1131–1135 (2009). Disponible en: https://doi.org/10.1038/nature07976 Takeshige, K & Baba, M & Tsuboi, S & Noda, Takeshi & Ohsumi, Yoshinori. (1992). Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction [J]. The Journal of cell biology. 119. 301-11. 10.1083/jcb.119.2.301. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/21754290_Autophagy_in_yeast_demonstrated_with_proteinase-deficient_mutants_and_conditions_for_its_induction_J Tsukada M & Ohsumi Y. Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cerevisiae. FEBS Lett. 1993;333,169-174. Disponible en: https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1016/0014-5793%2893%2980398-E Van Noorden, R., Ledford, H. Medicine Nobel for research on how cells 'eat themselves'. Nature 538, 18–19 (2016). Disponible en: https://doi.org/10.1038/nature.2016.20721 Sakai Yasuyoshi, Oku Masahide, van der Klei Ida J., Kiel Jan A.K.W. 2006. Pexophagy: Autophagic degradation of peroxisomes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research Volume 1763, Issue 12, Pages 1767-1775. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2006.08.023 Rare!! Dio "Stars" -behind the scenes-making metal history HQ Best Quality https://www.youtube.com/watch?v=zM89fYqvvWw