Autofagia: qué es, cómo funciona y por qué es vital para la célula
Autofagia: descubre qué es, cómo funciona y por qué es vital para la célula — el proceso de reciclaje celular clave para la supervivencia, energía y salud celular.
La autofagia (que significa "comerse a sí mismo"), es uno de los mecanismos celulares básicos. Permite la descomposición controlada de las partes de la célula que no funcionan o no son necesarias. Las partes de la célula se pueden reciclar según sea necesario.
Hay varias maneras de que esto ocurra. Las partes de la célula objetivo pueden aislarse del resto de la célula en un autofagosoma (una vesícula de doble membrana). El autofagosoma se fusiona con los lisosomas y su contenido se descompone y recicla. En el caso extremo de la inanición, la descomposición de los componentes celulares favorece la supervivencia celular al mantener los niveles de energía de la célula.
El nombre "autofagia" fue acuñado por el bioquímico belga Christian de Duve en 1963. La identificación de genes relacionados con la autofagia en la levadura en la década de 1990 permitió a los investigadores averiguar los mecanismos de la autofagia. Esto llevó a la concesión del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2016 al investigador japonés Yoshinori Ohsumi.
Cómo funciona la autofagia (pasos principales)
- Inducción: Cuando la célula detecta estrés (por ejemplo falta de nutrientes) o daño de orgánulos, se activan sensores metabólicos como mTOR (inhibidor cuando hay abundancia de nutrientes) y AMPK (activador en déficit energético). Estos controlan complejos que inician el proceso.
- Nucleación: Se forma una membrana de inicio (pre-autofagosoma) que requiere proteínas nucleadoras como el complejo de fosfatidilinositol 3-quinasa de clase III y proteínas asociadas como Beclin 1.
- Elongación y cierre: La membrana crece y rodea el material diana formando el autofagosoma. Proteínas codificadas por genes ATG (autophagy-related genes) y la conjugación de la proteína LC3 a lípidos (LC3-II) son esenciales para esta fase.
- Fusión y degradación: El autofagosoma se fusiona con los lisosomas; las enzimas lisosomales degradan el contenido y los productos (aminoácidos, lípidos) son reciclados para síntesis o producción de energía.
Tipos de autofagia
- Macroautofagia: Es la forma más estudiada y la descrita arriba; involucra autofagosomas de doble membrana.
- Microautofagia: La membrana lisosomal invagina y captura directamente pequeñas porciones del citoplasma.
- Autofagia mediada por chaperonas: Proteínas específicas son reconocidas por chaperonas (por ejemplo Hsc70) y translocadas directamente al lisosoma por un receptor en la membrana lisosomal.
Autofagia selectiva
La autofagia no solo es un proceso general de reciclaje; también puede ser selectiva y reconocer objetivos concretos, por ejemplo:
- Mitofagia: eliminación de mitocondrias dañadas (p. ej. vía PINK1/Parkin).
- Pexofagia: degradación de peroxisomas.
- Xenofagia: eliminación de patógenos intracelulares.
- Aggrephagy: degradación de agregados proteicos.
Por qué es vital para la célula
- Calidad celular: elimina proteínas y orgánulos dañados, evitando acumulación de desechos tóxicos.
- Adaptación al estrés: durante inanición o estrés energético, recicla componentes para mantener la energía y la biosíntesis.
- Desarrollo y diferenciación: participa en procesos celulares programados y en la remodelación celular.
- Defensa inmunitaria: ayuda a eliminar bacterias y virus intracelulares y a presentar antígenos.
Regulación molecular clave
Entre las moléculas más importantes están mTOR (principal regulador negativo), AMPK (sensora de energía que activa la autofagia), el complejo ULK1 que inicia el proceso, Beclin 1 en la nucleación y múltiples proteínas ATG que median la formación de autofagosomas. La conversión de LC3-I a LC3-II en la membrana es un marcador funcional del proceso.
Implicaciones en la salud y las enfermedades
- Enfermedades neurodegenerativas: la autofagia defectuosa contribuye a la acumulación de proteínas tóxicas en enfermedades como Alzheimer, Parkinson y Huntington.
- Cáncer: la relación es compleja: la autofagia puede prevenir el inicio tumoral eliminando daño celular, pero en tumores establecidos puede ayudar a las células cancerosas a sobrevivir bajo estrés.
- Infecciones: la autofagia contribuye a eliminar patógenos intracelulares y modula la respuesta inmune.
- Envejecimiento y metabolismo: niveles adecuados de autofagia se asocian con una mejor homeostasis celular y pueden influir en la longevidad y en enfermedades metabólicas.
Cómo se estudia y cómo puede modularse
- Métodos de laboratorio: microscopía electrónica (visualiza autofagosomas), marcadores como LC3-II y p62/SQSTM1, ensayos de "autophagic flux" con inhibidores de fusión lisosomal (p. ej. bafilomicina) y trazadores fluorescentes (GFP-LC3).
- Intervenciones que modulan la autofagia: restricción calórica o ayuno, ejercicio y ciertos compuestos farmacológicos o naturales. Entre las sustancias estudiadas están los inhibidores de mTOR (por ejemplo rapamicina) y compuestos como spermidina; sin embargo, la aplicación clínica requiere evidencia y supervisión médica.
Resumen
La autofagia es un proceso celular esencial de reciclaje y reparación que mantiene la homeostasis, protege frente al estrés y participa en defensa inmunitaria y en múltiples procesos fisiopatológicos. Su regulación fina es clave: tanto la deficiencia como la activación inapropiada pueden contribuir a enfermedades. La comprensión molecular de la autofagia ha avanzado mucho desde los descubrimientos en levadura y fue reconocida con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2016 a Yoshinori Ohsumi, lo que ha impulsado la investigación sobre su papel en la salud y la enfermedad.
(A) Diagrama de la autofagia; (B) Micrografía electrónica de estructuras autofágicas en el cuerpo graso de una larva de mosca de la fruta; (C) Autofagosomas marcados con fluorescencia en células hepáticas de ratones hambrientos
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué significa autofagia?
R: Autofagia significa "comerse a sí mismo".
P: ¿Cuál es la finalidad de la autofagia?
R: El propósito de la autofagia es permitir la descomposición controlada de las partes de la célula que no funcionan o que no son necesarias.
P: ¿Cómo se desintegran las partes celulares mediante la autofagia?
R: Las partes celulares seleccionadas pueden aislarse del resto de la célula en un autofagosoma, que se fusiona con los lisosomas y su contenido se descompone y recicla.
P: ¿En qué caso extremo la descomposición de los componentes celulares favorece la supervivencia celular?
R: En el caso extremo de inanición, la descomposición de los componentes celulares favorece la supervivencia celular al mantener los niveles de energía celular.
P: ¿Quién acuñó el término "autofagia" y cuándo?
R: El bioquímico belga Christian de Duve acuñó el término "autofagia" en 1963.
P: ¿Cuándo se identificaron los genes relacionados con la autofagia en la levadura?
R: Los genes relacionados con la autofagia en la levadura se identificaron en la década de 1990.
P: ¿Quién recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2016 por sus trabajos sobre la autofagia?
R: El investigador japonés Yoshinori Ohsumi fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2016 por sus trabajos sobre la autofagia.
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