Minden normálisan mûködő sejtben finoman szabályozott folyamat tartja szinten az egyes molekulatípusok, illetve sejtalkotók mennyiségét, aminek egyik eszköze a felépítő anyagcsere regulációja, de ugyanilyen fontosak a lebontó folyamatok is. Az élőlények alapegységei, a sejtek ezt részben úgy érik el, hogy az állandóan öregedő, ezáltal egyre több sérülést szenvedő makromolekuláikat (fehérjéket, RNS-eket) és a sejtorganellumaikat állandóan megújítják, vagy pótolják. Ezt a folyamatos kicserélődést, karbantartást turnovernek nevezzük, amely az egyes fehérjék féléletidejével jellemezhető: ez az az idő, amelynek során az egy adott időpontban a sejtben található valamely anyag összes molekulájának fele lebomlik. Ez molekulatípustól függően lehet néhány perc, de akár több nap is. Az adott molekulák számát mindig a lebomlás és a felépítés aránya szabja meg: ha a két folyamat egyforma mértékû, a nettó molekulaszám időben nem változik - ekkor dinamikus egyensúlyról beszélhetünk. Az ilyen egyensúlyok fenntartása, vagy éppen szabályozott eltolódása, döntő jelentőségû a sejtek életében. (A DNS-állomány ezzel szemben szigorúan statikus, rá nem jellemző az efféle változékonyság és turnover.)

Az eukarióta sejtek fehérjedegradációjában több rendszer is részt vesz. Ezek közül igen fontos szerepe van az ubiquitinproteaszóma rendszernek (TV 1999/12, 2000/11), ezen az útvonalon azonban csak a fehérjék egy bizonyos csoportja bomlik le, ráadásul a proteaszómák felépítéséből adódóan bizonyos mérettartomány feletti struktúrák (nagyobb molekulakomplexek, sejtorganellumok) degradációja ilyen módon nem is lehetséges. Ehelyett a proteinek számottevő hányadának és a nagyméretû sejtalkotóknak a lebontása az úgynevezett autofágia vagy autofagocitózis segítségével történik. Az eukarióta sejtekben állandóan, de normális esetben csak alacsony szinten zajlik az autofág lebontás, amely az alapanyagcsere részeként az élethez nélkülözhetetlen. Az autofágia igen ősi, s számos vonását tekintve konzervatív jelenség az egész élővilágban. Legfőbb feladata alapján néha programozott organellumdegradációnak is nevezik, ez a megjelölés azonban - mint később látni fogjuk - nem fedi teljesen a szerepét.

Egy sejt számos módon juthat tápanyagokhoz. Lebonthatja saját raktározott tartalékait (például a glikogént, zsírcseppeket), hogy a monomereket tetszés szerint felhasználja, illetve a megfelelő specifikus transzportfehérjék révén intenzív anyagfelvételt folytathat a sejthártyán keresztül. A tápanyag-molekulákat felveheti egyesével, vagy tömegesen, utóbbi az endocitózis (bekebelezés). Az endocitózisnak három fajtáját különböztethetjük meg: ha a sejt vízben oldott anyagot vesz fel, az a pinocitózis, ha szilárd konzisztenciájú anyagokat, az a fagocitózis, de felszíni receptoraival is megkötheti a kívánt molekulákat. Az endocitózis során az emésztésre szánt anyag a sejthártyából lefûződő membránburokba csomagolódik, és az így képződő endocitotikus hólyagocska (endoszóma) egy lebontó, s szintén membránnal határolt sejtalkotóval egyesül. Ez utóbbi a primer lizoszóma, vagyis az úgynevezett lizoszomális apparátus egyik tagja (1. ábra). Ha a lizoszómákhoz szállított, membránnal körülkerített, lebontásra váró anyagok a sejt külső környezetéből származnak, akkor a folyamatot heterofágiának (heterofagocitózis) nevezzük.

1. ábra. A sejten belüli lebontó tevékenységgel kapcsolatos fontosabb membránorganellumok és főbb átalakulásaik. Rövidítések: Ex - exocitózis; REn - receptor közvetítette endocitózis; R - receptormolekula; L - ligandummolekula; RR - receptorok reciklizációja (a receptoszómában); Pi - pinocitózis; Piv - pinocitotikus vezikula; Phg - fagocitózis; Phv - fagocitotikus vezikula (fagoszóma); Sv - szekréciós vezikula; N - sejtmag; DER - durva felszínû endoplazmás retikulum; SER - sima felszínû endoplazmás retikulum; G - Golgi-készülék; PL - primer lizoszóma; Hl - heterolizoszóma; Mi - mikroautofágia; Mvt - multivezikuláris test; Ma - makroautofágia; Af - autofagoszóma; Av - autofág vakuólum vagy autolizoszóma; Rt - maradványtest, reziduális test; Z: zárvány (A fagoszóma, a pinocitotikus vezikula és a receptor közvetítette endocitózissal létrejött vezikula az endoszómák közé tartozik; a heterolizoszóma, a multivezikuláris test és az autofág vakuólum egyaránt szekunder lizoszómának tekinthető.)

A lizoszomális rendszer alacsony (erősen savas) pH mellett mûködő bontóenzimeket, úgynevezett savas hidrolázokat tartalmaz. Ezek a fehérjék a durva felszínû endoplazmás retikulum (DER) membránzsákjain ülő riboszómákon szintetizálódnak, majd a ciszternákból lefûződő szállítóvezikulák belsejében jutnak a Golgi-készülékbe. Itt speciális cukormolekulákat, így mannóz-6-foszfátot is tartalmazó rövid, úgynevezett oligoszacharid oldallánc kerül rájuk, s ennek segítségével „halássza" ki őket a mannóz-6- foszfát receptor a Golgi-apparátus üregéből. A receptorok a Golgi-készülék sejtmagtól távolabbi szélein gyûlnek össze, innen történik sejthártya a primer (vagyis lebontandó beltartalommal még nem rendelkező) lizoszómák lefûződése. Ezután a lizoszómamembránban ülő protonpumpák mûködése következtében a lizoszóma belseje erősen savassá (pH=4-5) válik, egyidejûleg a receptorok is visszajutnak a Golgi-készülékbe (reciklizáció). A primer lizoszómák különféle vezikulákkal olvadhatnak össze, s az így létrejövő szekunder lizoszómában jutnak a lebontó enzimek szubsztrátjaikhoz. A sokfajta savas hidroláz enzim poliszaharidokat, fehérjéket, nukleinsavakat és összetett lipideket egyaránt képes emészteni. Akeletkező monomerek és molekulatöredékek diffúzióval, illetve speciális szállítómolekulák révén a citoplazmába, majd további felhasználódásuk helyére kerülnek. A növényeknél és a gombáknál a lizoszómáknak a sejt nagy részét kitöltő egyetlen, úgynevezett vakuólum felel meg, mely számos egyéb feladata mellett a lebontó mûködéseket is végzi.

Ha nincs elegendő tápanyag a környezetben, akkor a sejt a túlélés érdekében saját állományának egy részét kezdi felhasználni. Ilyenkor a sejtekben a folyamatosan zajló, alacsony intenzitású autofág degradáció felerősödik. Az autofágia lényege az, hogy a lizoszómákhoz lebontásra szállított, membránnal körülhatárolt anyagok a sejt belsejéből származnak, szemben a heterofágiával.

Alaki szempontból az autofágiának két fő típusa különböztethető meg. A mikroautofágia során a lizoszómák membránja egyes helyeken kissé betûrődik, és felveszi a citoplazma egy kis részletét, morfológiailag az endocitózisra emlékeztető folyamattal. Ezáltal egy olyan organellum jön létre, amely számos apró vezikulát hordoz belsejében, melyek burka a lizoszómák saját membránjából származik. Az így kialakult struktúrát nevezzük multivezikuláris testnek.

A másik típus a jóval nagyobb anyagmennyiségek elhatárolását lehetővé tevő makroautofágia. Ennek morfológiai értelemben vett bevezető lépése az, hogy a majdan lebontandó citoplazmarészletet egy ellapult membránzsák, az izoláló membrán két lemeze fokozatosan körbefogja, s így egy kettős falú vezikulává záródva elhatárolja a környező citoplazmától. Amakroautofág izolációval létrejött organellum neve autofagoszóma, vagy iniciális autofág vakuólum. Ezek gömbszerû, 300-1200 nanométer átmérőjû sejtalkotók. Fiatalabb korukban többnyire jól azonosíthatóan, intakt formában megfigyelhetők bennük a bekebelezett sejtkomponensek. Az autofagoszómákat két külön, vékony típusú (6 nanométer vastagságú) membrán határolja. Ilyen vastagságúak az endoplazmás retikulum, és a Golgikészülék ehhez közelebb eső régióinak membránjai is.

A külső és belső autofág membránok közötti tér elektronmikroszkópban jellegzetesen üresnek látszik, így általában könnyen azonosítható. A bennük levő integráns fehérjék (intramembrán partikulumok) minősége, mennyisége és eloszlása mindig igen sajátos, ami arra utal, hogy az illető membrán keletkezése és szerepe is specifikus. Általánosságban elmondható, hogy a külső membrán kevés integráns fehérjét tartalmaz, a belsőben pedig szinte nem is találunk ilyeneket.

Az izoláló membránok eredete régóta vitatott, és a kérdést máig sem sikerült megnyugtatóan tisztázni. Számos elképzelés született, amelyek a durva felszínû endoplazmás retikulumból (DER), a Golgikészülék egyes elemeiből, vagy akár a lizoszómákból származtatták őket. Ezen elméletek általános érvényességét több komoly ellenvetés is csorbítja. Egyrészt a szegregáló membrán nem, vagy csak igen ritkán tartalmaz a szóba került sejtorganellumokra jellemző sajátos fehérjéket (úgynevezett markerproteineket). Másrészt a keletkezés fázisában lévő autofagoszómáknál mikroszkópos megfigyeléssel nem mutatható ki folytonosság egyik más sejtalkotó membránjával sem, de még az átmeneti típusú membránok sem ismerhetők fel benne. (Ráadásul a kísérletes eredmények nagy része vagy nem volt reprodukálható, vagy csak bizonyos sejttípusban, és ott is csak egyes autofág vakuólumok mutatták a teóriákat sugalló megjelenést.) Más elképzelések szerint az izoláló membrán a sejtben szintetizálódó lipidekből és fehérjékből de novo áll össze, amire léteznek kísérletes bizonyítékok élesztősejteknél. Ennek az ígéretes elképzelésnek azonban részben ellene szól, hogy bizonyos esetekben olyan nagy volumenû autofágia zajlik le igen rövid idő alatt, hogy azt a sejt szintetikus kapacitása nem győzné elég gyorsan ellátni. Végül vannak, akik úgy vélik, hogy a határoló membrán speciális hólyagocskák formájában jelen levő preformált sejtalkotókból, úgynevezett phagophorokból jön létre, amit igazolhat az, hogy néha valóban látni, amint a fejlődő autofagoszóma burkolómembránja vezikulákból (is) szerelődik össze. Valószínûleg más-más mértékben, de az említett folyamatok mindegyike szerepet játszhat az izoláló membrán létrehozásában, sejttípustól és eddig ismeretlen körülményektől függően.

Az eddig leírtak szerint a lizoszomális apparátus részei tehát a primer és szekunder lizoszómák. Utóbbiak több típusát különböztethetjük meg kialakulásuk szerint: az endocitotikus vezikulából származó heterofág, az autofagoszómából keletkező autofág vakuólumot, valamint a döntően mikroautofágia, vagy több fagoszóma fúziója révén képződő multivezikuláris testet. A vezikulákban esetenként felgyülemlő hatalmas fehérjemennyiség kristályos formává alakulhat, ilyenkor proteingranulumról beszélünk. A lizoszomális degradáció végén az emészthetetlen anyagok visszamaradnak, reziduális test képződik, amely raktározódhat (például az idegsejtekben a lipofuszcin), vagy exocitózissal ürülhet.

Ahhoz, hogy a létrejött autofagoszóma a lizoszomális rendszer valamely tagjával összeolvadhasson, membránjának a fúzió előtt (vagy közben) át kell alakulnia, ugyanis a lizoszomális apparátusra a transz-Golgihálózat és plazmamembrán típusú, 10 nanométer vastag membrán a jellemző. Valóban, az idősebb autofagoszómákban a belső membrán fokozatosan degradálódik, a külső vastagsága pedig kb. 10 nm-re növekszik, miközben korábbi markerfehérjéit elhagyja. Az is megfigyelhető, hogy az autofagoszómák gyakorta összeolvadnak egymással, olykor pedig a lizoszómával való egyesülés előtt még egy másik organellummal is fuzionálhatnak. Ez leggyakrabban az endoszómával történik, amely a sejtfelszínen specifikus receptorok által megkötött, majd internalizált makromolekulákat szállító sejtszervecske. Ha egy ilyen összeolvad az autofagoszómával, akkor amfiszóma jön létre, amely mindkét hólyagocska tartalmát képes sikeresen a lebontás útjára szállítani.

Az autofagoszómák (vagy az amfiszómák) és a primer lizoszómák fúziója révén autofág vakuólumok (más néven autolizoszómák) jönnek létre. Ezek belsejében ott vannak az izoláló membrán által szeparált citoplazmarészletek (esetleg az endoszómával odaszállított molekulák is). Az eddig vá - zolt folyamatok leegyszerûsített sémája az 1. ábrán látható. Érdemes azonban megjegyezni, hogy az egyes vezikulák egymással szinte teljesen „csereszabatosak", azaz fuzionálni képesek, ezáltal inkább hálózatot alkotnak, nem pedig külön útvonalakat. Az egyéb sejten belüli membránfúziókhoz ha - sonlóan itt is specifikus fehérjék játszanak szerepet abban, hogy a vezikulák képesek legyenek egymást felismerni és összekapcsolódni, továbbá, hogy membránjaik egyesülhessenek.

Az autofágia az eukarióta sejtek számos életmûködésében szerephez jut, olykor a sejt tevékenységének igen nagy hányadát adhatja. Egyrészt alapvető feladata egyes elöregedő, vagy valamilyen okból feleslegessé váló makromolekulák és organellumok folyamatosan zajló lebontása. Ez a „háztartási" jellegû mûködés az autofagocitózis igen ősi (talán eredeti) funkciója, ennek megfelelően minden sejtben állandóan jelen van. Intenzitása igen változó, az élénk anyagcseréjû májsejtekben például alapállapotban az összfehérjetartalom 1-3 százaléka (és a sejttérfogat kb. 0,2-0,3 százaléka) bomlik le óránként ezen az úton.

Az autofágia másik általános jelentőségû feladata az, hogy éhezés esetén egy ideig még biztosítani képes a sejt túlélését. Ez az éhezésre adott védekező reakció szintén megfigyelhető a legtöbb sejttípusban. A tápanyagforrásaitól megfosztott élesztősejtekben például egységes morfológiával indukálódik az autofágia, akár nitrogént, szenet, foszfátot, szulfátot, vagy bizonyos aminosavakat vonunk is meg a sejtektől. Az autofagocitózis így kiváltott felerősödése utólag jól visszafordítható, ha a sejtek újból táplálékhoz jutnak.

Az autofág izoláció nem mindig teljesen véletlenszerû folyamat. A sejtmag „bekerítését" például még sosem sikerült in vivo megfigyelni; persze az általában nem is volna kívánatos, lévén a sejtmag létfontosságú organellum. Néha specifikusan csak egyes, nagy fölöslegben lévő sejtalkotók szegregálódnak a citoplazmából. Ilyen a helyzet például, amikor olajsavval táplált élesztősejtek tenyésztőközegében glükózra cserélik a nutrienst. Ekkor az olajsav lebontását végző peroxiszómák további fenntartása fölösleges terhet róna a sejtre, ezért a leggazdaságosabb megoldás azok degradációja, a többi sejtalkotó megkímélése mellett. Ez a pexofágiának nevezett jelenség lényegében az autofágia sajátos esete, sőt, hasonlóképpen létezik mikroés makrováltozata is. Máskor a sejtek, a megváltozott szükségletek miatt, a szekréciós vezikuláikban kiürítésre váró anyagokat bontják le. Ilyen esetben a kiválasztásra szánt molekulákat hordozó organellum olvad össze a primer lizoszómával. Az autofagocitózisnak ez a speciális fajtája a krinofágia.

A többsejtû élőlényekben az autofágia alapjelenségeire különféle alkalmazkodási mechanizmusok épültek. Számos élőlénycsoportban a fiziológiás sejtpusztulás egy formáját az autofág folyamatok nagyfokú felerősödése jellemzi, ezért a jelenséget autofág típusú sejthalálnak hívjuk. Fiziológiás sejtpusztulásnak nevezzük azt a folyamatot, amikor a felesleges, vagy bármilyen okból pusztulásra ítélt, de még ép sejtek aktívan részt vesznek önmaguk eliminálásában. Ennek fontos jellemzője, hogy a sejtet nem éri roncsoló hatás, vagyis belső tartalma nem kerül kapcsolatba az extracelluláris térrel, így nem jár együtt szöveti sérüléssel és gyulladással. A felfokozott autofágia gyakran csak bevezető fázisa az apoptózisnak, amely talán a leggyakoribb fajtája a sejtek programozott öngyilkosságának. Máskor az apoptózisra utaló morfológiai és biokémiai jelek (a sejtmagi DNS-állomány lebomlik és a sejtmaghártya közelébe csoportosul, a mitokondriumból egyes enzimek [pl. citokróm-C] áramlanak ki, a citoplazma savasabb kémhatású lesz, jellemző fehérjebontó enzimrendszer [kaszpázok] aktiválódik) többsége elmarad.

Nagy jelentősége lehet az autofágiának különféle szervek visszafejlődési, involúciós folyamataiban is. Azokban az állatokban, amelyek teljes átalakulással fejlődnek, a lárvakori szervek jelentős része az intenzív autofágia áldozatául esik. Az ilyen módon degradálódó sejteket a szomszédaik, illetve odavándorló vérsejtek kebelezik be, és bontják le véglegesen. Jó példa erre az ebihalak farka, a teljes átalakulással fejlődő rovarok (bogarak, lepkék, kétszárnyúak, hártyásszárnyúak) lárváinak zsírteste és izmai, vagy a magasabb rendû gerinces embriók ősveséje, illetve a formálódó ujjak közti eliminálandó szövetek. Más esetben például a ciklikus aktivitást mutató, hormonálisan szabályozott szerveknél is jelentkezhet erőteljes autofág lebontás. Ilyen lehet az ivari mirigyek szezonális involúciója, vagy az emlőmirigysejtek tömeges degradációja a szoptatási periódus után. Érdekes módon ez utóbbit a hipofízis laktotróp (tejelválasztást serkentő) hormont termelő sejtjeinek szintén autofág jellegû dedifferenciálódása (tehát nem pusztulása!) előzi meg.

Néhány idegsejtpusztulással járó betegség (Alzheimer-kór, Parkinson-kór, Huntingtonkór, prionbetegségek, mint például a mostanában oly sok problémát okozó BSE stb. ) pathomechanizmusában rendszerint az idegsejteknek csak elenyésző hányada pusztul el apoptózissal, többségük egyértelmûen az autofág típusú sejthalál képét mutatja.

Az autofágia szabályozása májsejtekben. Bár az autofágia morfológiai megjelenése rendkívül egységes a legkülönfélébb organizmusokban, az emögött meghúzódó közös szabályozó tényezőkről még keveset tudunk. Az emlősökben zajló folyamatokat leginkább májsejteken vizsgálták.

A legtöbb fehérjeszintézis-gátló anyag hatására nagyszámú autofagoszóma jelenik meg a sejtekben. Ez egyrészt arra utal, hogy a proteinszintézis gátlása autofágiát indukál, másrészt arra, hogy az autofág szegregációhoz nincs szükség új fehérjék előállítására. Az autofagoszómák azonban nem képesek a lizoszómákkal egyesülni és degradálódni, ami azt mutatja, hogy a fúziós lépésnél még egy rövid féléletidejû fehérje közremûködésére is szükség van. Az autofágia minden lépése energiafüggő, és 20 °C alatt teljesen gátlódik. ATP-szintézis-gátlók alkalmazása, illetve az anoxia teljesen megakadályozza az autofágiát, ha azonban szelektíven a lizoszómák ATPfüggő protonpumpáit gátoljuk (például bafilomycin A1 révén), akkor ismét csak a membránegyesülés és az autofagoszómák lebomlása marad el, képződésük viszont nem.

A májsejtekben folyó autofágia kiválóan gátolható a sejten kívüli térbe juttatott aminosavakkal. A legerősebb hatása a leucinnak van, de még legalább hét másik aminosavról is kimutatták a inhibitorikus képességet. Az autofagocitózis hormonálisan is szabályozott: az inzulin gátol, a glukagon pedig fokozza az intenzitását. Ezek a hormonok in vitro körülmények között önállóan nem hatnak, csak modulálni képesek az aminosavak hatását. Mindezek mellett a sejt térfogatának növekedése is serkenti az autofágiát, sőt az aminosavakra való érzékenységet is. Bár a sejtduzzadás és az autofagocitózis kapcsolata kevéssé ismert, igen valószínû ebben a citoszkeleton részvétele, annál is inkább, mivel különféle sejtvázromboló anyagokkal blokkolható az autofagoszómák képződése, illetve a lizoszómákkal való összeolvadása (például vinblastine, colchicine révén).

Az aminosavak hatásmechanizmusa vélhetőleg két útvonalon érvényesül. Egyrészt beáramlásuk a sejtbe fokozza annak ozmolalitását, így vízfelvételt és duzzadást okoz. Másik támadáspontjuk feltehetően egy sejtfelszíni receptor, amelytől a megfelelő aminosavak hozzákapcsolódásával egy citoplazmatikus fehérjeaktiváló kaszkád indul el. Ennek során több kináz enzim (ATP foszfátcsoportját más molekulákra átvinni képes fehérje) foszforilálódik meghatározott egymásutánban, a sor végén pedig a riboszóma S6 proteinje áll. Ennek foszforilálódása azt eredményezi, hogy a riboszóma szorosabban tapad az endoplazmás retikulum felszínéhez. A magyarázatok szerint így csökkenne az a riboszómamentes szabad membránfelszín, amely alapanyagot szolgáltathat az izoláló membránok keletkezéséhez. A foszforilációs sorban szereplő egyik enzim (a PI-3 kináz) a membránban ülő foszfatidil-inozitol-foszfát származékokat foszforilálja, ezáltal mintegy megjelöli az autofág membránokat, így felismerhetővé teszi más molekulák számára. Aktivitásának szelektív blokkolása (wortmannin révén) az autofág folyamatokat gátolja. Ha viszont az S6 fehérjét foszforiláló p70S6 kináz mûködését kapcsoljuk ki specifikus inhibitorával (rapamycin), akkor ez csökkenti az aminosavak gátló hatását az autofagoszómák képződésére, bár a rapamycin más úton is serkenti az autofágiát.

Az autofágia szabályozása rovarokban. A teljes átalakulással fejlődő, úgynevezett holometabola rovaroknál báb állapotban a lárvális szövetek elpusztulnak, és a imaginális szervkezdemények sejtjei sorozatosan osztódnak. Egyes szövetek, például a lárvális zsírtest lebomlása vélhetőleg tisztán autofág módon zajlik. Ennek a vizsgálati rendszernek az előnye a szigorú hormonális szabályozás: megfelelő fejlődési kort elérve a vedlési hormon (ekdizon) szintjének emelkedése az adott szövettől függően váltja ki az említett sejtpusztulási vagy sejtproliferációs eseményeket.

Az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) bebábozódni és átalakulni képtelen mutánsai között lehet olyanokat találni, amelyeknél a zsírtestsejtekben a megfelelő ekdizonszint- emelkedés nem indukál tömeges autofágiát, ami feltehetően hozzájárul az állatok idő előtti pusztulásához. Ennek a sajátos, adott életkorra jellemző zsírtestfenotípusnak (illetve egyes mutánsoknál változásának) a kiszûrése, és mélyebb szintû vizsgálata remélhetőleg tovább gyarapítja majd a folyamat szabályozásáról ismereteinket.

Az autofágia genetikája és biokémiája sörélesztőben. Az elmúlt évtizedben japán, amerikai és német kutatók számos autofágiamutánst izoláltak. Az egysejtû eukarióta sörélesztő- (Saccharomyces cerevisiae) sejtekkel végzett kísérletek során összesen 14 gént sikerült feltérképezni, amelyek attól függően, hogy melyik csoport által végzett keresés (screen) során bukkantak fel, az aut, vagy az apg előtagot, és azt követő számot kapták.

A legutóbbi, biokémiai és genetikai kísérletek alapján az egyes géntermékek kapcsolata is világossá vált. Ezek meglepő módon nagy hasonlóságot mutatnak az írás elején már említett ubiquitin-proteaszóma rendszerrel. Az utóbbi mûködése során először az E1-enzim aktiválja az ubiquitint, majd az E2 szállítja a megfelelő helyre a sejten belül, végül a rendkívül sokféle E3-enzim valamelyike kapcsolja rá a degradációra kiszemelt célfehérjére (2.a ábra). A folyamat többször ismétlődhet úgy, hogy a proteinhez kötődő ubiquitinhez egy újabb ubiquitin molekula kapcsolódik, és így tovább. Ennek következtében egy multiubiquitin oldallánc jön létre, ami proteaszomális degradációra ítéli a fehérjét. Érdemes megemlíteni, hogy ha csak egy ubiquitin molekula kötődik a célfehérjéhez (monoubiquitiniláció), az az adott fehérje aktivitását szabályozza.

Az autofágia során szükség van két, ehhez hasonló proteinkonjugációs rendszer mûködésére. Az első esetében az ubiquitinhez hasonló (Apg12) fehérje aktiválását (az Apg7 révén) és szállítását (Apg10) követően egy kovalens kötéssel kapcsolódó (Apg12- Apg5) fehérje konjugátum jön létre (2.b ábra), amely élesztő- és emlőssejtek esetén is elengedhetetlen az autofágiához.

A második rendszer mûködése során egy másik (Apg8) fehérje, egy kezdeti proteolitikus hasítást követően (az Apg4 proteáz a lehasítja a C-terminálisán elhelyezkedő arginint) szintén előbb aktiválódik (itt a fent is említett Apg7 szerepel megint), majd egy szállítóprotein (Apg3 fehérje) juttatja rendeltetési helyére, az izoláló membrán szomszédságába. Itt a C-terminális glicinhez egy még ismeretlen mechanizmus szerint foszfatidil-etanolamin molekula kapcsolódik kovalens kötéssel. Ez az oldallánc hidrofób sajátsága folytán lehetővé teszi, hogy a membránba épülve közvetítő, adaptor szerepet lásson el, például a sejtváz felé. Így megmagyarázható lenne, hogy hogyan történik az izoláló membrán mozgatása. Az autofagoszóma kialakulása közben az Apg4 hasítja le az Apg8- at a membránról (2.c ábra).

2. ábra. Az ubiquitin, az Apg12 és az Apg8 protein konjugációs rendszerek. A kovalens kötésekben részt vevő aminosavakat az egybetûs aminosavkódnak megfelelően jelöltük (C - cisztein; G - glicin; K - lizin; R - arginin; PE - foszfatidil-etanolamin). Bővebb magyarázat a szövegben. (Ohsumi ábrája nyomán)

Ma már vannak adatok arra, hogy ezek a rendszerek ecetmuslica- és emlőssejteknél is mûködnek. Ha például az Apg5 fehérje egérben felfedezett homológját szelektíven elrontják az állat embrionális őssejtjeiben (knockout sejtvonal), az megakadályozza az autofág szegregációt. Remélhetően az eljövendő évek kutatásai adnak választ majd arra, hogy mi is az autofágia legfontosabb szerepe. Most már lehetőség van rá, hogy a - ki tudja mennyire szelektív - gátlószerek alkalmazása mellett az autofágiához nélkülözhetetlen gének elrontásával akadályozzuk meg a folyamatot. Az élesztősejtek autofágia nélkül is képesek életben maradni, habár éheztetés hatására előbb életképtelenné válnak, valamint ivaros szaporodásra is alkalmatlanok, ezáltal természetes körülmények között valószínûleg hamar elpusztulnának. Kíváncsian várjuk, hogy egy többsejtû eukariótánál, ahol az autofágia oly sok szöveti átrendeződésben és differenciációs folyamatban játszik kulcsszerepet, valóban halálos lesz-e hiánya. Igazából a végső kérdések egyike: lehet-e autofágia nélkül élni? Mai tudásunk szerint nem.