Ce phénomène, qui s'apparente à une sorte d'auto-cannibalisme cellulaire, joue un rôle important dans le développement de différentes maladies, du cancer aux inflammations chroniques. En en découvrant davantage sur ses modes de fonctionnement, les chercheurs ont réussi à comprendre pourquoi les tumeurs apparaissaient, comment se produisaient les perturbations dans le développement des embryons et comment l'organisme s'usait avec l'âge.
Cet "auto-cannibalisme" est déclenché quand les composants d'une cellule — différentes protéines, acides aminées et d'autres liaisons — arrivent à l'intérieur de ses lysosomes (chez les mammifères) ou des vacuoles (cellules de levures), et sont soumis à la destruction. Il existe plusieurs types de processus du genre. En cas de microautophagie, les macromolécules et les débris de membranes cellulaires sont tout simplement capturés par le lysosome. Ainsi, la cellule peut digérer les protéines en cas de manque d'énergie, par exemple en cas de stress ou de faim. Cependant les processus de microautophagie peuvent également se produire dans des conditions normales et, dans l'ensemble, ne sont pas sélectifs. Parfois, la cellule digère des organoïdes entiers.
En cas de marcoautophagie la zone de cytoplasme (qui contient souvent des organoïdes) est enveloppée par un compartiment de membrane, après quoi cette zone est séparée du reste du cytoplasme par deux membranes. Ces organites à deux membranes entourant les organites éliminés et le cytoplasme sont appelés autophagosomes. Les autophagosomes s'unissent avec les lysosomes en autophagolysosomes où les organites et le reste du contenu sont digérés par l'autophagosome.
Les chercheurs supposent que la macro-autophagie n'est pas non plus sélective, mais soulignent souvent que grâce à elle la cellule peut se débarrasser des organoïdes anciens et défectueux tels que les mitochondries, les ribosomes ou les plastes. Le troisième type d'autophagie est réalisé par des protéines chaperonnes. Elle se traduit par le transport dirigé de protéines partiellement dénaturées (qui ont perdu leur structure hautement organisée) du cytoplasme à travers la membrane du lysosome dans sa cavité, où elles sont digérées. Ce type d'autophagie, décrit seulement pour les mammifères, est mis en action par le stress.
L'autophagie peut être un moyen de suicide d'une cellule. Dans ce cas sont digérées tous les organites de la cellule, laissant seulement des restes absorbés par les cellules immunitaires — les macrophages.
Tout a changé dans les années 1990 quand Yoshinori Ohsumi a accompli une percée dans les recherches. Il savait que les cellules de levure possédaient un grand lysosome solitaire: la vacuole. Le chercheur a trouvé un moyen ingénieux de visualiser l'accumulation d'autophagosomes dans la vacuole en réprimant le processus de dégradation du contenu dans la vacuole. Le scientifique a vérifié plusieurs milliers de cellules de levure mutantes pour trouver celles qui n'étaient pas capables d'initier le processus d'autophagie. De cette manière, il a réussi à comprendre que le processus d'autophagie était dirigé par une multitude de gènes, dont environ 15 ont été découverts pendant une étude réalisée en 1 993.
Ayant identifié les gènes qui contrôlaient le processus d'autophagie, Ohsumi a décidé de découvrir quels produits des gènes interagissaient. Il a montré qu'un signal de stress provoquait une cascade de réactions dans lesquelles différents complexes protéiques contrôlaient chaque stade de formation des autophagosomes. Ohsumi et ses collègues ont été les premiers à identifier les gènes d'autophagie dans les cellules des mammifères. Les chercheurs japonais ont ainsi fait de l'autophagie l'un des principaux thèmes de recherches scientifiques de leur temps. Il s'avère que ce processus joue un rôle important dans le développement de l'embryon et la différentiation des cellules, la formation du cancer et le développement de maladies liées à l'âge, la protection de l'organisme contre les infections virales et bactériologiques, ainsi que lors d'un stress cellulaire.
La cellule peut également compenser un manque de nutriments et d'énergie et revenir à une activité normale. Au contraire, en cas d'intensification des processus d'autophagie, les cellules sont détruites pour céder leur place au tissu conjonctif. De telles perturbations sont l'une des raisons de l'insuffisance cardiaque. Mais si les processus d'autophagie se trouvent au contraire dans un état réprimé, cela peut conduire à l'accumulation de cellules défectueuses et, par conséquent, à la formation de tumeurs cancéreuses. Si les parties de cellules mortes ne sont pas éliminées efficacement, l'intensification des processus inflammatoires est envisageable.
