Wissenschaftler von Sanford Burnham Prebys haben einen tieferen Einblick in die Feinheiten der Autophagie gewonnen, den Prozess, bei dem Zellen Zellbestandteile abbauen und recyceln. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Current Biology, beschreiben, wie die „Müllsäcke“ in einer Zelle – Autophagosomen genannt – markiert werden, um ihre Bewegung zu den zellulären „Recyclinganlagen“ zu lenken, in denen Abfall verarbeitet wird. Die Forschung eröffnet neue Wege zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen Autophagie und altersbedingten Erkrankungen wie Krebs und neurologischen Erkrankungen.

„Unsere neueste Studie zeigt, wie eine chemische Modifikation (Phosphat-related Tag) einer wichtigen Autophagosom-Komponente, dem Protein namens LCB3, dazu beiträgt, den Transport von Autophagosomen innerhalb der Zelle in die richtige Richtung zu lenken“, sagt Malene Hansen, Ph.D., Professor bei Sanford Burnham Prebys und leitender Autor der Studie. „Wir haben zuvor berichtet, dass LCB3, das sich auf der Oberfläche von Autophagosomen befindet, markiert werden muss, damit die Autophagie effektiv funktioniert. Jetzt haben wir ein besseres Verständnis dafür, wie Tagging abläuft und wie wichtig es für die Bewegung der Autophagosomen ist.“

Zusätzlich zu ihren eigenen Laborstudien arbeitete das Hansen-Labor mit Kollegen im Labor von Sandra Encalada, Ph.D., am Scripps Research Institute, San Diego, zusammen, die auf dem Gebiet des Transports zellulärer Komponenten in Neuronen führend sind. Diese Untersuchungen zeigten, dass das Blockieren der chemischen Modifikation des LC3B-Proteins den effizienten Transport von Autophagosomen zu den zellulären Recyclinganlagen störte.

„Der Abfalltransport in einer Zelle ist wie das Fahren von Müllwagen auf einer Autobahn“, sagt Jose Luis Nieto-Torres, Ph.D., Postdoc im Hansen-Labor und Erstautor der Studie. „Gemeinsam mit unseren Mitarbeitern haben wir den Prozess in Nervenzellen untersucht, weil sie lang und flach sind, was uns hilft, die Richtungsaspekte des Transports zu beobachten, ein kritischer Aspekt für das Abfallrecycling durch Autophagie.

„Wir haben deutlich gesehen, dass sich Autophagosomen oder die mit Abfall gefüllten Müllsäcke nicht in Richtung Lysosomen, der Recyclinganlage der Zellen, bewegten, wenn die Phosphatmarkierung von LC3B behindert wurde. Dies ist potenziell sehr schädlich für die Gesundheit einer Zelle. Es ist etwas analog zu dem, was passieren würde, wenn ein Müllwagen Ihren Müll nicht abholt – Ihr Abfall könnte sich ansammeln, in der Nachbarschaft verstreut werden und eine Gesundheitsgefahr darstellen.“

Im nächsten Schritt wollen die Forscher herausfinden, welche Abfallprodukte für das Recycling ausgewählt werden und wie eine Zelle bestimmt, wann sie mit der Abfallverbringung beginnt.

„Die Forschungsbemühungen meines Labors konzentrieren sich auf die Beziehung zwischen Altern und Autophagie“, schließt Hansen. „Auf der Grundlage dieser Entdeckung haben wir einen neuen, potenziellen Einstiegspunkt, um die Recyclingaktivität in einer Zelle zu modulieren, was sich als relevant erweisen könnte, um die verminderten Funktionen der Autophagie zu verstehen, von denen bekannt ist, dass sie in alternden Zellen auftreten. Solche Erkenntnisse könnten letztendlich zu neuen Wirkstoffzielen zur Bekämpfung altersbedingter Krankheiten sowie zu potenziellen diagnostischen Markern führen, um die „Gesundheit“ der Autophagie zu beurteilen, ein wichtiges Ziel für die Zukunft.“

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Weitere Studienautoren sind Sean-Luc Shanahan und Sviatlana Zaretski von Sanford Burnham Prebys; und Romain Chassefeyre, Tai Chaiamarit, Sara Landeras-Bueno, Adriaan Verhelle und Sandra E. Encalada von Scripps Research.

Der DOI der Studie ist 10.1016/j.cub.2021.05.052

Die in dieser Pressemitteilung berichtete Forschung wurde durch Finanzierung von Jose L. Nieto-Torres durch ein Postdoc-Stipendium der Fundacion Ramon Areces und einen K99/R00-Pfad zur Unabhängigkeit der National Institutes of Health (NIH) (K99AG062774) unterstützt; Romain Chassefeyre wurde von der George E. Hewitt Foundation for Medical Research unterstützt; und Tai Chaiamarit wurde durch ein Stipendium der Königlich Thailändischen Regierung aus dem Projekt Entwicklung und Förderung von Wissenschafts- und Technologietalenten unterstützt. Diese Arbeit wurde auch durch Stipendien an Sandra E. Encalada finanziert: ein NIH R01 AG049483 Stipendium; der Glenn Foundation for Medical Research Glenn Award für die Erforschung biologischer Mechanismen des Alterns; ein New Scholar in Aging Award der Lawrence Ellison Foundation; die Baxter Family Foundation; und an Malene Hansen, ein NIH R01 GM117466 Stipendium.

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Quelle: https://bioengineer.org/researchers-dig-deeper-into-how-cells-transport-their-waste-for-recycling/