1 ay önce
1 ay önce

Hücreler kendi şekillerini algılayabiliyor! – Bilim.org


Almanya, Münih’teki Ludwig Maximilian Üniversitesinden (LMU) biyofizikçiler hücrelerin kendi şekillerini algılayabildiğini açıklayan yeni bir kuram geliştirdi ve bu hücrelerin bilgiyi, proteinlerin hücre içindeki dağılımını yönlendirmek için kullandığını kanıtladılar.

Hücresel süreçlerin bir çok, proteinlerin hücre zarı üstündeki kati dağılımına ve modellemesine bağlıdır. Çeşitli emek harcamalar, protein-protein etkileşimlerine ve taşıma süreçlerine ek olarak, hücre şeklinin de hücre içi model oluşumu üstünde mühim bir etkiye haiz olabileceğini göstermiştir.

Tersine, hücre formuna herhangi bir bağımlılığın zararı dokunan olacağı modellemeler vardır. Profesör Erwin Frey liderliğindeki LMU fizikçileri, denizyıldızı oositlerini model bir sistem olarak kullanarak, hücre şeklindeki sert değişimler karşısında ne kadar kuvvetli protein modellerinin ortaya çıkabileceğini açıkladılar. Frey ve meslektaşları, Nature Physics dergisinde, hücrenin içinde oluşan bir konsantrasyon farkının, hücrenin biçim bilgisini kodladığını ve kendi kendine organize edilmiş protein kalıpları tarafınca deşifre edildiğini bildirdiler.

Denizyıldızı oositleri (oosit: Gelişme evresini tamamlamış olmakla beraber hemen hemen döllenebilecek duruma gelmemiş dişi gamet) nispeten büyük ve şeffaftır ve bundan dolayı biyokimyasal araştırmalar için oldukça uygundur. Mayotik hücre bölünmesinden derhal ilkin, hücre zarı süresince hücrenin asimetrik olarak bölündüğü konuma doğru bir zar kasılma dalgası geçer. Bu kasılma dalgası, aktivitesi zar üstünde bir darbe olarak yayılan Rho adlı zara bağlı enzim tarafınca tetiklenir. Dalga, oositin bitkisel kutbu olarak malum yerden, çekirdeğin bulunmuş olduğu hayvan kutbuna doğru ilerler ve dalga ulaştığında asimetrik olarak bölünür.

Hücre şeklindeki değişikliklerin bu süreç üstündeki tesirini incelemek için araştırmacılar, tek tek oositleri değişik şekilli mikro odalara yerleştirdiler ve böylece hücreleri, her bir kabın sınırları tarafınca empoze edilen geometriyi benimsemeye zorladılar. Frey, “Rho aktivasyonunun nabzı deformasyona uğramış olmuş hücrelerde uygun şekilde değiştirilmiş bir halde yayılmasına karşın, daima çekirdeğin bulunmuş olduğu konuma ulaştığını bulduk” diyor. “Bu büyüleyici gözlem, Rho nabzının hücrenin şeklini tanıdığını ve ona uyum sağladığını kanıtlıyor.”

Kendi kendine organize olan protein kalıpları, hücre şekli ile alakalı detayları çözebilir

Ekip, bu muhteşem uyarlanabilirliğin arkasındaki mekanizmayı idrak etmek için, bu bulguyu açıklayan biyofiziksel bir kuram geliştirmeye devam etti. Model, hücre döngüsü düzenleyici Cdk1’in oosit sitoplazmasında asimetrik olarak dağıldığının ve burada çekirdekten sitoplazmaya uzanan ve zaman içinde bozunan bir konsantrasyon farkı oluşturduğunun daha önceki keşfine dayanmaktadır. Bu fark, zardaki proteinlerin hücre şekline uyum sağlamasını sağlar.

“Buradaki temel düşünce, Rho’yu aktive eden proteinin, zara yakın farkı ölçtüğü ve farkın bir eşik konsantrasyonunu işaretlediğidir: Membran üstünde ön tarafa benzer bir konsantrasyon profili oluşturur, böylece ön kısım tam olarak eşik konsantrasyonda konumlandırılır. Bu ön konumda, Rho aktivatörü ise mahalli olarak Rho’nun bir aktivite atımını tetikler.” şeklinde açıklıyor yazının ilk yazarlarından önde gelen Wigbers. Fark azalırken, bu eşik değerinin konumu hücre şekline bağlı olarak zar süresince değişen hızlarda hareket eder. Böylece, protein konsantrasyonu profillerinin bu hiyerarşisi kanalıyla, fark içinde kodlanan biçim bilgisi, bir mekano-kimyasal tepkiye – zardan geçen kasılma dalgasına – dönüştürülür.

Frey, “Sonuçlarımız, biyolojik işlevlerin anlaşılması için hiyerarşik protein modellerinin kendi kendine organizasyonunun öneminin altını çiziyor” diyor.

Aslen yazarlar, protein modeli oluşumu alanında iki ana paradigmayı entegre ettiler – reaksiyon-difüzyon mekanizmalarına dayanan kendi kendine organizasyon ve konumsal bilginin kullanılması. Frey, “Hücre şeklini yansıtan bilgiyi kodlamak için bir protein kalıpları hiyerarşisini kullanan bu şekilde bir mekanizmanın, hücre şeklinin tanınması ve düzenlenmesi için genel bir fizyolojik ilkeyi temsil edebileceğine inanıyoruz” diyerek sonlandırıyor.

Kaynak: Cells use concentration gradients as a compass | Phys.org

Paylaşın

Sponsor