Az autofágia előfordulása és az elektronmikroszkópos eredmények alapján feltételezett legfontosabb funkciói

Az autofágia felfedezését követően az elektronmikroszkópos morfológusok a legkülönfélébb sejtekben, változatos élettani, fejlődéstani és patológiás körülmények között figyelték meg autofág vakuólák jelenlétét. Ennek bemutatására, a mélyebb érdeklődésű olvasók tájékozódásának elősegítésére és az irodalomban való tájékozódásra szolgál az alábbi összefoglalás.

Amint azt már részben érintettük, kezdetben az autofágiát főleg a vese (Clark, 1957; Ericsson, 1969b; Ericsson és mtsai., 1969; Ericsson és mtsai., 1965; Novikoff, 1959) és a máj (Arstila és Trump, 1968; Ashford és Porter, 1962; Becker és Lane, 1965; Ericsson, 1969b; Novikoff és Essner, 1962) hámsejtjeiben vizsgálták. Hamar kiderült azonban, hogy más sejttípusokban is előfordulnak autofág vakuólák. Már az 1960-as években és a 70-es évek elején megtalálták őket pl. a hasnyálmirigy exokrin (Hruban és mtsai., 1963; Swift és Hruban, 1964), a tüdő alveoláris (Balis és Conen, 1964), a vékonybél epitéliális sejtjeiben (Behnke, 1963; Moe és Behnke, 1962), osteoblastokban (Eisenstein és mtsai., 1966), az eritrociták érése során (Kent és mtsai., 1966; Tooze és Davies, 1965), neuronokban (Holtzman és mtsai., 1967), limfocitákban (Biberfeld és mtsai., 1968), HeLa sejtekben (Arstila és mtsai., 1971), a barna zsírszövet (Napolitano, 1963), az emlőmirigy (Helminen és Ericsson, 1968), az ondóhólyag (Kovacs, 1968) a prosztata hámsejtjeiben (Swift és Hruban, 1964), a here intersticiális sejtjeiben (Frank és Christensen, 1968), a szív pitvarának izomsejtjeiben (Jamieson és Palade, 1964), a Müller féle vezetékben (Scheib, 1965), rovarok zsírtest sejtjeiben (Locke és Collins, 1965), Euglena gracilisben (Brandes és mtsai., 1964; Malkoff és Buetow, 1964), Tetrahymena pyriformisban (Levy és Elliott, 1968), Phycomycesben (Thornton, 1968), Euphorbia characias merisztéma (Marty, 1971), Eranthis hiemalis endospermium sejtjeiben (Cresti és mtsai., 1972). Lényegében tehát az autofágia általánosan előforduló eukarióta jelenségnek mutatkozott amely az egysejtűektől a gombákon, növényeken át az állatok nagyon sokféle sejttípusában megtalálható.

Az autofágia előfordulásának körülményei és feltételei már a kezdeti megfigyelések szerint is igen változatos, szinte zavarba ejtően sokféle képet mutattak. Rendszerezésükre többféle megoldás lehetséges. Itt és most a hagyományoktól némileg eltérően két fő csoportba osztom a korai vizsgálatokban megfigyelt autofágiát.

1./ Funkcióváltással járó fiziológiás és fejlődési körülmények között, valamint hasonló változásokat okozó kísérleti beavatkozások után autofágiát találtak pl.:

emlősök szöveteiben közvetlenül születés után (Clark, 1957; Moe és Behnke, 1962), éhezést követően különböző emlős szövetekben (Brandes és mtsai., 1964; Levy és Elliott, 1968; Napolitano, 1963; Nevalainen és Janigan, 1974; Pfeifer, 1973; Swift és Hruban, 1964; Toro és Viragh, 1966), az éhezéshez hasonló állapotot előidéző exogén glukagon adagolás eredményeként (Arstila és Trump, 1968; Ashford és Porter, 1962; Deter, 1971; Deter, 1975; Deter és De Duve, 1967; Ericsson, 1969b; Ericsson, 1969c), epinefrin (Rosa, 1971) és paratireoid hormon hatására (Pfeifer és Guder, 1975), emlőmirigy posztlaktációs involúciója során (Brandes és mtsai., 1969; Helminen és mtsai., 1968), parciális hepatektómiát (Becker és Lane, 1965; Ericsson, 1969b), neuronális sérülést követően (Holtzman és mtsai., 1967), kasztrálás után prosztata hámsejtekben (Helminen és Ericsson, 1971b; Helminen és Ericsson, 1972), denerváció után fejlődő izomsejtekben (Schiaffino és Hanzlikova, 1972), fehér leghorn csirkék melanocitáiban (Jimbow és mtsai., 1974), teljes átalakulással fejlődő rovarok lárvális sejtjeiben a normális fejlődés során, vagy exogén ekdizon hatására (Locke és Collins, 1965; Sass és Kovacs, 1975; Sass és Kovacs, 1977), differenciálódó nyálkagombában (Charvat és mtsai., 1972), konjugáló csillós egysejtűben (Sapra és Kloetzel, 1975).

2./ Feltehetően károsodást, az intracelluláris működés zavarait okozó behatások eredményeként, xenobiotikumokkal való kezelés nyomán, kísérleti úton előidézett és természetes patológiás körülmények között megjelenő autofágia fordult elő pl.:

aminosav vagy nuklein bázis analógok (Ekholm és mtsai., 1962; Hruban és mtsai., 1965a; Hruban és mtsai., 1962; Swift és Hruban, 1964), a fehérjeszintézis gátló puromycin (Longnecker és mtsai., 1968), az RNS-polimerázt gátló aktinomicin D (Eisenstein és mtsai., 1966; Kovacs, 1972; Rodriguez, 1967), a karcinogén hatású dimetilnitrózamin (Hendy és Grasso, 1972), a lipoprotein és koleszterin szintézist megzavaró dietanolamin és triparanol (Hruban és mtsai., 1965b), az antibakteriális ciklikus polipeptid bacitracin (Ericsson, 1969b), a malária ellenes drog, klorokin (Abraham és Hendy, 1970; Abraham és mtsai., 1968b; Fedorko, 1967; Fedorko, 1968; Fedorko és mtsai., 1968; Hendy és mtsai., 1969), a vitális festésre használt neutrálvörös (Alousi és mtsai., 1966; Alousi és mtsai., 1968; Kovacs és Rez, 1972; Rez és Kovacs, 1973; Réz és Kovács, 1975), toxikus kadmium ionok (Rez és Kovacs, 1972), a mikrotubulusok szétesését okozó kolhicin, vinblasztin és vinkrisztin (Arstila és mtsai., 1974; Hirsimaki és mtsai., 1976; Hirsimäki és mtsai., 1975; Kovács és mtsai., 1975; Terry és mtsai., 1970), a nem ionos detergens Triton WR 1339 (Novikoff és Essner, 1962; Plattner és mtsai., 1975), az UTP szintézist megzavaró D-galaktózamin (Rumpelt és mtsai., 1974; Scharnbeck és mtsai., 1972), az akut glikogenolízist kiváltó glukozid, florizin (Becker és Cornwall, 1971), ciklikus AMP (Pfeifer és Guder, 1975) hatására, hiperozmotikus glukóz (Pfeifer, 1972b) vagy szukróz (Rez és Kovacs, 1972) oldat intraperitoneális injektálása nyomán. Patológiás körülmények között pl. kísérleti nefrózisban (Ericsson és mtsai., 1969; Novikoff, 1959), sugárzás (Hendee és Alders, 1968; Lane és Novikoff, 1965; Masurovsky és mtsai., 1967; Sobel, 1964), a máj portális vénájának (Cole és mtsai., 1971; Pfeifer, 1970), az emlőmirígy vezetékének (Helminen és Ericsson, 1971a) a lekötése nyomán. A hiperoxia (Abraham és mtsai., 1968a) és a hipoxia (Confer és Stenger, 1964; Glinsmann és Ericsson, 1966) egyaránt autofág vakuólák megjelenéséhez vezetett. Ugyanakkor cianid hatására megszűnt az autofagoszómák képződése, de az oxigén ellátás hatására újra megindult (Trump és Bulger, 1968), ami a folyamat mérsékelt oxigén és energia igényére utal.

Az a tény, hogy az autofág vakuólákat, szemben pl. a mitochondriumokkal, nem ismerték fel mindjárt az elektronmikroszkópos vizsgálatok kezdetén, azzal magyarázható, hogy viszonylag kis mennyiségben fordulnak elő a sejtekben. Mennyiségük ritkán több mint a citoplazma térfogatának 1%-a. Emiatt a vizsgálatok kezdetben szinte kizárólag, és később is többnyire olyan jelenségekkel foglalkoztak ahol megnövekedett autofág vakuóla mennyiség mutatkozik a sejtekben. Felmerült természetesen az a kérdés, hogy vajon csak speciális feltételek mellett keletkeznek-e autofagoszómák? A különböző kísérletekben felhasznált kontroll állatok gondos vizsgálata arra az eredményre vezetett, hogy autofágia un. normális fiziológiás körülmények között, mindenféle kísérleti beavatkozás nélkül is előfordul pl. máj és vese hámsejtekben (Ericsson, 1965; Ericsson, 1969a; Novikoff és Essner, 1962), beleértve az emberi májat is (Ma és Biempica, 1971), de más sejttípusokban is (pajzsmirigy follikuláris sejtjei, laktáló emlőmirigy alveolusának epitéliális sejtjei, a pons ganglionjaiban lévő neuronok, Kupffer-sejtek, fibroblasztok (Ericsson, 1969a)). Patkány májban kimutatták, hogy az autofágiának napszakos ritmusa van, éjjel minimális, napközben maximális (Pfeifer, 1971a). Ez a ritmus az ellenkezőjére fordul, ha az etetés időpontját reggelre teszik, tehát a táplálék bevitellel mutat korrelációt (Pfeifer, 1972a). Ezek az eredmények azt mutatták, hogy az autofágia, vagyis nagyobb citoplazma részletek rendszeres emésztése mindennapi fiziológiás folyamatok velejárója lehet.

Ezek az 1960-70-es években elért eredmények, egyelőre, egzakt módon nem bizonyított, csupán valószínűsíthető, összefüggések alapján kirajzolták az autofágia akkoriban racionálisan feltételezhető funkcióit.

  1. Normális fiziológiás körülmények között kifejlett szervezetekben az autofágia hozzájárulhat a citoplazmatikus komponensek nagyobb adagokban történő (teljes organellumokat egészükben érintő) megújulásához, azaz az organelláris turnoverhez.

  2. Drámai átalakulással járó fiziológiai és fejlődési helyzetekben a fokozott autofágia fontos eszköz lehet a sejt saját szerkezetének és működésének átszervezéséhez.

  3. Éhezés és esszenciális táplálék összetevők hiányában a sejtek az autofág önemésztéssel segíthetik a nehéz időszak átvészelését, a túlélést.

  4. Szubletális sejtsérülés esetén a sejtek autofágiával távolíthatják el sérült citoplazma részeiket, ezzel elháríthatják a hibásan működő organellumok hatásának következményeit és a lebontás termékeit felhasználhatják új, normális sejtalkotók létrehozásához.