Շապերոն միջնորդավորված ավտոֆագիա

Շապերոն միջնորդավորված ավտոֆագիա (անգլ.՝ Chaperone-mediated autophagy-CMA), ցիտոզոլային սպիտակուցների շապերոն կախյալ ընտրությունը, որոնք ուղղորդվում են դեպի լիզոսումներ, ուղղակիորեն անցնում լիզոսոմների թաղանթի միջով և քայքայվում։ Այս ուղու յուրահատկությունը քայքայման ենթակա սպիտակուցների ընտրողականությունն է և տեղափոխումը լիզոսոմալ թաղանթի միջով առանց վեզիկուլների առաջացման անհրաժեշտության։

Մոլեկուլային բաղադրիչներ և փուլեր 
Սպիտակուցները, որոնք քայքայվում են շապերոն միջնորդավորված ավտոֆագիայի (ՇՄԱ) ուղու միջոցով ցիտոզոլային սպիտակուցներ են կամ այլ կոմպարտմենտներից ցիտոզոլում հայտնաբերված սպիտակուցները։ ՇՄԱ-ի բաղադրիչներից որոշները տեղակայված են ցիտոզոլում, իսկ որոշներն էլ՝ լիզոսոմների թաղանթի վրա։

Ավտոֆագիայի բոլոր ձևերի ժամանակ սպիտակուցների թիրախավորումը կապված է  hsc70-ի նման շապերոնների գործունության հետ։ hsc70-ը ՇՄԱ-ի ժամանակ թիրախավորում է սպիտակուցները հատուկ ճանաչման ամինաթթվային հաջորդականությունների միջոցով և այն գործում է տարբեր կերպ մակրո կամ միկրոավտոֆագիայի ժամանակ։

Մեխանիզմներից մեկի դեպքում, ՇՄԱ-ի սուբստրատ լինելու համար, սպիտակուցը պետք է իր ամինաթթվային հաջորդականությունում ունենա պենտապեպտիդային մոտիվ, որը կենսաքիմիկորեն անվանվում է KFERQ։ ՇՄԱ-թիրախավորման մոտիվը ճանաչվում է ջերմաշոկային 70 կԴա սպիտակուցին ազգակից (hsc70) ցիտոզոլային շապերոնի կողմից, որը թիրախավորում է սուբստրատը լիզոսոմային մակերևույթի նկատմամբ։ Սուբստրատ սպիտակուց-շապերոն համալիրը կապվում է լիզոսոմին միացված թաղանթային 2A տիպի սպիտակուցի (LAMP-2A) հետ, որը այս գործտնթացում կատարում է ընկալչի դեր։ LAMP-2A-ն թաղանթային սպիտակուց է, lamp2  գենի  միակցված երեք տարբերակներից մեկն է։ Մյուս երկու իզոձևեր՝  LAMP-2B -ն և LAMP-2C-ն, մասնակցում են մակրոավտաֆագիային և վեզիկուլային փոխանակությանը, համապատասխանաբար։ Սուբստրատ սպիտակուցը  LAMP-2A-ին միանալուց հետո ապափաթեթավորվում է և այս գործընթացը միջնորդավորվում է մեմբրանակապ hsc70-ի և իր կոշապերոնների՝ Bag1, hip, hop և hsp40, մասնակցությամբ։ Սուբստրատների կապումը LAMP-2A-ի մոնամերներին խթանում է LAMP-2A-ի մուլտիմերիզացմանը։ LAMP-2A-ի մուլտիմերը  գործում է որպես ակտիվ տրանսլոկացնող կոմպլեքս, ինչի միջով սուբստրատը կարող է անցնել ապափաթեթավորումից հետո։ Տրանսլոկացնող կոմպլեքսը ընտրում է միայն այն սպիտակուցնեորը, որոնք  դեպի լիզոսոմ ներմուծումից առաջ ապափաթեթավորվել են։ ՇՄԱ-ի արհեստական սուբստրատների կիրառմամբ կատարված ոսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ hsc70 շապերոնի և սուբստատի կապման համար անհրաժեշտ չէ, որ սպիտակուցը ունակ լինի ապափաթեթավորվել, սակայն լիզոսոմալ տրանսլոկացիայի համար ապափաթեթավորումը սուբստրատի ներմուծման անհրաժեշտ չափանիշ է Սուբստրատների տրանսլոկացիայի համար անհրաժեշտ է նաև, որ  hsc70-ը լինի լիզոսոմալ լյումենի ներսում, որը կամ քաշում է սուբստրատը դեպի լիզոսոմ, կամ էլ կանխում է վերադարձը ցիտոզոլ։ Տրանսլոկացիայից հետո, սուբստրատ սպիտակուցները արագորեն քայքայվում են լիզոսոմալ պրոտեազներով։

ՇՄԱ-ի սահմանափակող փուլը սուբստրատ սպխիտակուցի և  LAMP-2A-ի կապումն է, հետևաբար  LAMP-2A-ի մակարդակը լիզոսամի թաղանթին ուղղակիորեն կապված է ՇՄԱ-ի ակտիվության հետ։ Այսպիսով, ավտոֆագային ուղու ակտիվությունը փոփոխելու համար, բջիջը կարգավորում է ՇՄԱ ռեցեպտորների մակարդակը լիզոսոմի թաղանթին՝ կառավարելով լիզոսոմներում  LAMP-2A մոնոմերների քայքայումը և de novo սինթեզը։  Բացի այդ , սուբստրատների տեղափոխությունը կախված է նաև LAMP-2A համալիրի հավաքման արդյունավետությունից։

ՇՄԱ կոմպլեքսի հավաքումը և քանդումը միջնորդավորվում է  hsp90 և hsc70 շապերոններով, համապատասխանաբար Լիզոսոմի թաղանթի վրայի LAMP-2A-ի մոնոմերների քայքայումը տեղի է ունենում լիզոսոմի թաղանթի առանձին, խոլեստերոլով հարուստ միկրոդոմեններում և սրան մասնակցում է Կատեպսին  A-ն և լիզոսոմի անհայտ մետաղապրոտեազը։ Այսպիսով, LAMP-2A-ի ակտիվ տրաննսլոկացնող կոմպլեքսի  հավաքումը, քանդումը, և միկրոդոմենային տեղամասերում քայքայումը, մատնանշում են այս գործընթացի դինամիկ բնույթը։

Ֆիզիոլոգիական գործառույթները 
ՇՄԱ-ի դերը բջջային հոմեոստազի պահպանումն է՝ քայքայքած ամինաթթուները վերաշրջանառելու միջոցով (բջջի էներգիական հավասարակշռության պահպանում) և աննոռմալ կամ վնասված սպիտակուցների քայքայում (որակի վերահսկողություն)։

ՇՄԱ-ն ակտիվ է միշտ բոլոր հյուսվածքներում (լյարդ, երիկամ, ուղեղ), և ուսումնասիրված բջիջների բոլոր տիպերում։ Սակայն այն առավելագույն կերպով ակտիվանում է սթրեսորներին և բջջային սնուցման վիճակի փոփոխությանն ի պատասխան։ Երբ բջիջների սննդանյութերի մատակարարումը սահմանափակվում է, բջիջը ակտիվացնում է ավտոֆագիան, քայքայում ներբջջային բաղադրիչները էներգիանյով և կառուցողական նյութերով ապահովվելու համար, որոնք բջիջը յուրացնում է ծայրահեղ իրավիճակում։ Մակրոավտոֆագիան ակտիվանում է քաղցից 30 րոպե հետո ու մնում է ակտիվ  4-8 ժամ սովի ժամանակ։ Եթե սովի վիճակը տևում է 10 ժամից ավել, բջիջը անցում է կատարում ավտոֆագիայի ընտրողական ձևին, հիմնականում ՇՄԱ-ին, որը իր առավելագույն ակտիվությանը ունի ~36 ժամ սովի դեպքում ու տևում է ~3 օր։ Ինդիվիդուալ ցիտոզոլային սպիտակուցների նկատմամբ ՇՄԱ-ի ընտրողականության շնորհիվ , բջիջը  քայքայում է այն սպիտակուցները, որոնք նրան անհրաժեշտ չեն սովի պայմաններում և ապահովում է ամինաթթուներ տվյալ պայմանում կարևոր սպիտակուցների սինթեզի համար։ Օրինակ՝ ՇՄԱ-ի լավ բնութագրված սուբստրատներից են գլիկոլիզի ֆերմենտները, քանի որ այս ուղին նվազ ակտիվ է սովի պայմաններում։

ՇՄԱ-ն կարևոր է բջջային մետաբոլիզմի կարգավորման համար։ ՇՄԱ-ի սպեցիֆիկ դեպլեցիան լյարդում առաջացնում է լյարդի գլիկոգենի ակտիվ օգտագործմանը, լարդում ճարպի կուտակմանը, գլյուկոզի հոմեոստազի փոփոխմանը, էներգիայի ծախսի ավելացմանը, և ծայրամասային ճարպակալման նվազմանը։ Պրոտեոմիքսային անալիզների միջոցով  նույնակայնացվել են ածխաջրերի և լիպիդների նյութափոխանակային ուղիների  որոշ ֆերմենտներ, որոնք ՇՄԱ-ի սուբստրատներ են, որոնց քայքայման փոփոխությունը knockout մկներում, բացատրում է ՇՄԱ-դեֆիցիտ մկների նյութափոխանակային աննոռմալ ֆենոտիպը։

Ցույց է տրված, որ ՇՄԱ-ի ակտիվությունը  մոդուլացվում է ռետինոլաթթվի  ալֆա-ռեցեպտորների ազդանշանահարման միջոցով և հատկապես , ՇՄԱ-ն ակտիվացել էր երբ բջիջների կուլտուրայում ավելացվել էր ամբողջական-տրանս ռետինոլաթթվի ածանցյալներ։

ՇՄԱ-ն նաև պատասխանատու է վնասված և չգործող սպիտակուցների ընտրողական հեռացման համար։ Այս գորժառույթը հատկապես կարևոր է այն ժամանակ, երբ բջիջը ենթարկվում է սպիտակուցները վնասող ագենտների ազդեցությանը։ Այս դեպքում, ՇՄԱ-ն ապահովում է միայն վնասված սպիտակուցների դեպի լիզոսոմներ թիրախավորումը և քայքայումը։ Օրինակ, օքսիդանտային սթրեսի  և թունավոր միացությունների ազդեցության ենթարկվելը, ՇՄԱ-ի ակտիվացման խթաններ են։ Հետևաբար, բջիջները, որոնք չունեն ՇՄԱ ավելի զգայուն են այս ազդեցությունների նկատմամբ, քան այն բջիջները որոնցում քայքայման գործընթացները ՇՄԱ կառավարելի են։

ՇՄԱ-ն կատարում է նաև տարատեսակ գործառույթներ, կախված թե ինչ սպիտակուց պետք է քայքայվի և կախված բջջի տիպից։  ՇՄԱ-ի հայտնի սուբստրատներից են՝

 MEF2D-ն, որը գոյատևման համար կարևոր նեյրոնալ գորժոն է,
 Pax2-ը, որը տրանսկրիպցիայի գործոն է, կարևոր երիկամների խողովակների բջիջների աճման համար,
 IκBα-ն , որը NFκB-ի հայտնի արգելակիչն է,

և այլն։

ՇՄԱ-ն ակտիվանում է T բջիջների ակտիվացման ժամանակ, շնորհիվ ՇՄԱ-ի LAMP-2A ընկալիչների էքսպրեսիայի աճի։ ՇՄԱ-ն կարևոր է T բջիջների ակտիվացման համար։ Այն քայքայում է T բջիջների ակտիվացման բացասական  կարգավորիչները (Itch, RCAN1): Հետևաբար, ՇՄԱ-ի սպեղցիֆիկ դեպլեցիան (քայքայումը) T բջիջներում առաջացնում է իմունիզացիային և վարակին հաջորդող իմունային պատասխանի դեֆիցիտի։

ՇՄԱ-ն ակտիվ է գենաթունային սթրեսների դեպքում։ Հակառակ դրան, ՇՄԱ-ի ակտիվության նվազումը ասոսացվում է գենոմային անկայունության աճի և բջջի գոյատևման նվազման հետ։ ՇՄԱ-ն մասնակցում է  Chk1-ի հեռացմանը, որը բջջային ցիկլի զարգացման  կարևոր սպիտակուց է։ Ուստի, խանգարված ՇՄԱ-ով բջիջների մոտ ԴՆԹ-ի դեպարացիայի գործընթացը խանգարված է։

ՇՄԱ-ն քայքայում է լիպիդային մարմինների սպիտակուցները (պերիլիպին 2-ը և պերիլիպին-3-ը)։ Այս լիպիդային կաթիլները ծածկող սպիտակուցների հեռացումը ՇՄԱ-ի միջոցով,  նախորդում է լիպոլիզին և լիպոֆագիային։

Հետևաբար, դեֆեկտիվ ՇՄԱ-ն հանգեցնում է լիպիդային մարմինների  մասիվ կուտակմանը և ստեատոզի  (լյարդի ճարպային հիվանդություն)։

Ախտաբանություն 
ՇՄԱ-ի ակտիվությունը տարիքի հետ ընկնում է ծեր կրծողների ու մարդկամց բջիջների շատ տիպերում։  ՇՄԱ-ի այս խախտման պատճառը լիզոսոմների մեմբրանում LAMP-2A -ի մակարդակի նվազումն է՝ շնորհիվ ՇՄԱ ընկալիչների ստաբիլության նվազմա, այլ ոչ թե de novo ասինթեզի նվազման։ Ուսումնասիրություններ են կատարվել մկների տրանսգեն մոդելների կիրառմամբ , որոնց ժամանակ  LAMP-2A -ի նորմալ մակարդակը ամբողջ կյանքի ընթացքում պահպանվել էր։ Այս հետազոտությունները  ցույց են տալիս, որ այս կենդանիները ունեն ավելի «մաքուր բջիջներ», սթրեսի նկատմամբ ավելի լավ պատասխան, և ընդհանուր առմամբ , կյանքի ավելի երկար տևողություն Այս ուսումնասիրություները հաստատում են, որ ՇՄԱ-ի ակտիվության նվազումը հանգեցնում է բջջային վատ հոմեոստազի և անարդյունավետ պատասխանի սթրեսի նկատմամբ, որոնք բնորոշ են ծեր օրգանիզմներին։ Ճարպերի բարձր պարունակությամբ սննդակարգի դեպքում ՇՄԱ-ն արգելակվում է։ Այս արգելակման պատճառը լիզոսոմների մակերևույթին ՇՄԱ ընկալիչների ստաբիլության նվազումն է։  

ՇՄԱ-ի խաթարում դիտվում է նաև նեյրոդեգեներատիվ հիվանդությունների ժամանակ, ինչպիսիք են Պարկինսոնի հիվանդությունը  և որոշ տաուպատիաներ։ Այս դեպքերում, այս հիվանդության պաթոգեն սպիտակուցը ամուր կապվում է լիսոսոմի թաղանթին (α-սինուկլեին, UCHL1 ՝ Պարկինսոնի հիվանդության ժամանակ և մուտանտ Tau՝ տաուոպատիաների ժամանակ)։ Այս տոքսիկ սպիտակուցները հաճախ կապվում են  LAMP-2A-ին աննորմալ աֆինությամբ՝  առաջացնելով «խցանման էֆեկտ» և արգելակելով ցիտոզոլի սուբստրատ սպիտակուցների ՇՄԱ-միջնորդավորված քայքայումը։

Հայտնաբերվել է նաև ՇՄԱ-ի և քաղցկեղի միջև առկա կապ։ ՇՄԱ-ն ակտիվ է մարդու քաղցկեղային տարբեր բջիջներում և այս բջիջներում  ՇՄԱ-ի արգելակումը  նվազեցնում է նրանց պրոֆիլերատիվ, քաղցկեղածին և մետաստազային ունակությունները։  Մկների ամբողջապես ձևավորված փորձնական ուռուցքներում LAMP-2A-ի էքսպրեսիայի ինտերֆերենցիան (խաթարումը ) հանգեցնում է ուռուցքի ռեգրեսիային։

Ծանոթագրություններ 

Բջջաբանություն