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細胞成分自我更新

細胞構造內的蛋白質等有機分子,經過一定時間後,舊的分子漸漸地被分解置換成新的分子,細胞分解自身成份的過程稱為「自噬作用」。為了分解細胞內不要的蛋白質或脂質、以及已損傷的小型胞器等,細胞具有「自噬」的構造,此為自酵母菌至人類之真核生物都具備的構造
 
 
 
人類細胞內或細胞間物質由蛋白質、脂肪、醣類、核酸等有機分子所組成,這些分子並非一直都能保持新鮮,幾乎都是大約2個月就更新替換。
 
細胞構造內的蛋白質等有機分子,經過一定時間後,舊的分子漸漸地被分解置換成新的分子,細胞分解自身成份的過程稱為「自噬作用1」。為了分解細胞內不要的蛋白質或脂質、以及已損傷的小型胞器等,細胞具有「自噬」的構造,此為自酵母菌至人類之真核生物都具備的構造。「自噬」構造的功能為防止細胞內異常蛋白質的堆積、以及在蛋白質合成過多時、或因環境變化成為飢餓狀態下,進行蛋白質的再利用。「自噬」構造另與排除侵入細胞內的病原菌有關,也與癌症或神經性病變的病癥高度相關,具有廣泛的機能。
 
自噬作用通常發生於細胞飢餓狀態下,但是正常狀態下也可能會發生自噬作用,此時稱做基礎自噬作用2。目前認為基礎自噬作用對維持細胞內蛋白質的品質具有重要性。細胞自噬的路徑如下,首先將細胞質內欲被分解的有機分子以隔離膜包圍,形成自噬胞3的構造;接著自噬胞與擔任分解有機分子的溶小體4融合,形成自噬溶酶體5,最後,有機分子在自噬溶酶體內被分解或代謝。
 
另一方面,過去的研究已知真核生物的細胞質中,存在著不與蛋白質或脂質等物質結合的游離狀態醣鏈。醣鏈與蛋白質等有機分子結合,可產生特定的機能以維持生物體內重要的生理機能;但是游離醣鏈的生成與分解的分子機制仍有許多不明之處,因此日本理化學研究所與東京大學醫學研究所所組成的共同研究團隊為了解析醣鏈代謝的關聯性,將焦點置於自噬作用。
 
此共同研究團隊分析基礎自噬作用機能不全的細胞,發現這些細胞的細胞質內出現顯著堆積的現象,有唾液酸6醣類的游離醣鏈─唾液酸寡糖7堆積在細胞質內。通常唾液酸寡糖被溶小體分解成單醣─唾液酸而釋放至細胞質內,因此唾液酸寡糖理應不會堆積於細胞質內。進一步解析發現,可能是基礎自噬作用機能不全造成在溶小體膜上負責將唾液酸輸送至細胞質的膜蛋白機能改變,導致未分解的唾液酸寡糖也能被釋放至細胞質內,堆積於細胞質中。此研究顯示基礎自噬作用的機能對溶小體的正常運作扮演重要角色。
 
最近研究報告指出於胰臟癌或前列腺癌等癌組織內,唾液酸寡糖出現異常堆積的現象,顯示唾液酸寡糖可以作為各種癌組織特異的標靶物,並顯示細胞的自噬作用機能不全與癌化機制具有密切相關。在基礎自噬作用機能不全情況下,有關唾液酸寡糖堆積的詳細分子機制,將有待日後從不同的角度更進一步研究解析。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:李冠群|國立臺灣師範大學生命科學系


附註:

1.自噬作用 : autophagy

2.基礎自噬作用 : basal autophagy

3.自噬胞 : autophagosome

4.溶小體 : lysosome

5.自噬溶酶體 : autolysosome

6.唾液酸 : sialic acid

7唾液酸寡糖 : sialyl oligosaccharide


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