Gündem

Bir mitokondriyi bölmenin iki yolunun devrimci görüşü

0

Kimyager Antoine Lavoisier, Fransız Devrimi sırasında giyotin tarafından hayatı kısaltılmadan kısa bir süre önce, biyolojik enerji üretim süreci olan solunum denen önemli keşifler yaptı.1. İçgörülerinden biri, solunumun tanımladığı şekliyle olduğunu fark etmekti.1, “Basitçe, bir lambanın veya yanan bir mumun çalışmasına benzeyen yavaş bir karbon ve hidrojenin yanması ve bu açıdan nefes alan hayvanlar, kendilerini yakıp tüketen gerçek yanıcı cisimlerdir”. Peki bu ‘yanma’ hücrelerde nasıl kontrol altında tutuluyor? Yazma Doğa, Kleele ve diğerleri.2 Hayvan hücrelerinde solunumun kalbindeki bir organel hakkında bazı beklenmedik bulguları rapor edin.

Lavoisier’in zamanından yaklaşık 150 yıl sonra, mitokondri adı verilen organellerin bu yanmanın meydana geldiği yer olduğu ortaya çıktı.3,4ve mitokondri genellikle hücrenin güç merkezi olarak anılır. Yanmada olduğu gibi, solunum da oldukça fazla hasara neden olur ve aktif mitokondri genellikle kusurlu hale gelir. Oluşabilecek en ciddi hasarlardan bazıları, organel içinde bulunan mitokondriyal genomun mutasyonudur. Mitofaji adı verilen bir süreç, hasarlı mitokondriyi ortadan kaldırmaya ve bozmaya hizmet eder ve hücresel homeostaz için çok önemli bir mekanizmadır. Mitofajideki kusurlar, özellikle nöronlar gibi uzun ömürlü hücreleri etkileyenler, Parkinson hastalığı ve diğer nörodejeneratif koşullarla ilişkilidir.5.

Mitofaji sırasında, hasarlı mitokondri kısımları, mitokondriyal bölünme yoluyla sağlıklı kısımlardan ayrılır.6. Bununla birlikte, mitokondriyal bölünmenin tek nedeni hasar değildir. Ayrıca hücre büyümesi ve hücre bölünmesi sırasında ortaya çıkar. Bu senaryoda, hücre bölünmesi tarafından üretilen yeni hücresel özellik, bölünme ile üretilen mitokondri kullanılarak döşenmiştir. Hasarla ilişkili bölünmenin aksine, hücre büyümesi sırasında mitokondriyal bölünme, zamanların iyi olduğunun bir işaretidir.

Farklı mekanizmaların mitofaji ve hücre büyümesi için mitokondriyal bölünmeyi kontrol ettiği mantıklıdır. Belirli bölünme türlerine dair ipuçları olsa da, şimdiye kadar net kanıtlar eksikti. DRP1 proteini, mitokondriyal bölünme vakalarının büyük çoğunluğu için gereklidir.6. DRP1, memelilerde bu tür bir bölünmeyi yürütmek için farklı şekillerde etkinleştirilebilir. Bunlar, mitokondriyal DRP1 reseptörleri (MFF, MID49, MID51 ve FIS1) ile etkileşim; DRP1 değişikliği (çeviri sonrası değişiklikler); aktin hücre iskeleti (aktin proteini iplikçikleri) veya mitokondriyal lipid kardiyolipin ile etkileşim; ve endoplazmik retikulum (ER), lizozomlar ve Golgi (Golgi’den türetilmiş veziküller şeklinde) dahil olmak üzere çeşitli organellerle temas6. Bu faktörlerin tek bir bölünme yoluna mı yoksa farklı yollara mı katkıda bulunduğu belirsizdir.

Kleele ve diğerleri. süper çözünürlüklü mikroskobu kullanarak mitokondriyal bölünmenin dikkatli bir analizini yaptı ve mekansal olarak farklı iki bölünme türünü tanımladı. Midzone bölümü organelde merkezi olarak bulunurken, periferik bölünme mitokondrinin uçlarında gerçekleşir (Şekil 1). İki bölünme tipi maymunlardan alınan Cos-7 hücrelerinde benzer sıklıkta meydana gelirken, orta bölge bölünmesi fare neonatal kardiyomiyosit hücrelerinde daha sıktır.

Şekil 1

Şekil 1 | Mitokondriyal bölünme için iki yol. Kleele ve diğerleri.2 mitokondrinin iki şekilde bölünebileceğini ortaya çıkaran memeli hücrelerinde organel bölünmesine ilişkin mikroskopi çalışmalarını rapor edin. aMidzone bölünmesi, hücre büyümesi sırasında mitokondriyal bölünme ile ilişkilidir. Organel ortada bölünür ve bu süreç DRP1 proteini, aktin proteini filamentleri ve başka bir organelle – endoplazmik retikulum (ER) ile temas ile ilişkilidir. Bölünen mitokondri sağlıklıdır ve kopyalayan mitokondriyal DNA’ya (mtDNA) sahiptir. bPeriferik bölünme hasarlı mitokondri ile ilişkilidir. Bu bölünme ayrıca DRP1’i gerektirir, ancak bölünen mitokondri, farklı bir organel olan lizozom ile temas kurar. Bu asimetrik bölünme mitokondrinin ucunda meydana gelir. Bölünen organel, zar potansiyeli ve reaktif oksijen türleri (ROS) ve kalsiyum iyonları (Ca2+). Yazarlar, daha küçük mitokondriyal kısmın genellikle replike edici mtDNA’dan yoksun olduğunu (ve bölümlerin% 32’sinde herhangi bir mtDNA’dan yoksun olduğunu) ve organelin bu kısmının bozulmuş olduğunu gözlemlediler.

Yazarlar, periferik ve orta bölge bölümlerinin büyük ölçüde farklı özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Midzone bölünmesi, sağlıklı mitokondrinin ayırt edici özelliklerine sahip organellerde meydana gelir – zar polarizasyonunun azalması veya reaktif oksijen türlerinin (ROS) seviyesinde bir değişiklik gibi anormallik belirtileri göstermezler. Aksine, periferik bölünme, organelin ucu, zar potansiyelinde bir azalma ve ROS’ta bir artış geliştirdiğinde, organelin diğer kısmında bu değişikliklerin gözle görülür bir eksikliğiyle meydana gelir. Ek olarak, periferik bir bölünmenin bu daha küçük ürünü, sağlıksız bir mitokondrinin işareti olan çoğaltma DNA’sından yoksundur.

Bu bulgular, periferik bölünmenin mitokondri hasar gördüğünde meydana geldiğini ve mitofajinin öncüsü olduğunu göstermektedir. Aslında yazarlar, çeşitli hücresel streslere maruz kaldıklarında periferik bölünmelerin arttığını ve mitofaji belirteçlerinin birikmesiyle ilişkili olduğunu bildirdiler. Aksine, orta bölge bölünmesi, hücre proliferasyonunun uyarılmasından sonra artmıştır.

Her iki bölme türü de DRP1 birikimi ile ilişkilidir. Bununla birlikte, dahil olan diğer moleküler oyuncular arasında farklılıklar vardır. Midzone bölünmesi, ER ile temas ve ER bağlı aktin polimerizasyon proteini INF2 yoluyla aktin filamanlarının polimerizasyonu ile ilişkilidir. Ek olarak, veriler, MFF’nin orta bölgede bir role sahip olduğunu, ancak çevresel bölünmede rol oynamadığını göstermektedir. Periferik bölünme lizozomal temas ve FIS1 ile ilişkilidir.

Kleele ve meslektaşlarının dikkatli çalışması değerlidir, çünkü birden fazla mitokondriyal bölünme türü olduğunu açıkça gösterir ve böylelikle bölünme nedenine dayalı olarak bölünme faktörlerinin daha incelikli bir analizini mümkün kılar. Dahası, bu çalışma mitofaji gibi karmaşık biyolojik süreçleri haritalandırmaya çalışırken koşmadan önce yürümemiz gerektiğini hatırlatıyor. Aksi takdirde, onları anlamamız, onlara yol açan önceki süreçlerin eksik bir şekilde anlaşılmasıyla engellenebilir.

Bu çalışma aynı zamanda heyecan verici soruları da gündeme getiriyor. Diğer faktörler özellikle çevresel veya orta bölge bölünmesine katılıyor mu? Bu açıdan, MID51 ve MID49 özellikle ilgi çekicidir çünkü mevcut çalışma, rolleri hakkında kesin sonuçlar sağlamamaktadır. İncelenmeye değer diğer faktörler arasında kardiyolipin, Golgi’den türetilmiş veziküller ve DRP1’in translasyon sonrası modifikasyonları yer alır. Araştırılması gereken bir başka konu, hücre tipine özgü farklılıkların büyük bir katkı yapıp yapmadığıdır, yazarların farklı hücre türlerini araştırmasının ima ettiği bir özellik.

Daha fazla düşünülmesi gereken büyüleyici bir yön, farklı bir kalsiyum profilinin, ROS ve membran potansiyelinin, periferik bölünmeye maruz kalan bir mitokondrinin daha küçük kısmına tam olarak bölümlendirilmesidir. Bölünme bölgesinin her iki tarafındaki farklı özellikler, mitokondriyal bölünme için daha önce gösterilmiştir.7.

Bu bölümlendirme için olası bir mekanizma, daha önce önerildiği gibi, iç mitokondriyal zarın (organeli çevreleyen iki zarın iç kısmı) dış zardan önce bölünmesidir.8. Bununla birlikte, iç mitokondriyal zarın bağımsız bir bölünmesinin yokluğunda bölümlendirme mümkün olabilir. Bu fikir, cristae olarak adlandırılan iç zarın kıvrılmalarının, bir mitokondrinin çok yakınında olsa bile, birbirinden farklı zar potansiyellerini koruyabildiği gözlemiyle desteklenmektedir.9. Dikkate alınması gereken bir diğer konu, periferik olarak bölünen bir mitokondrinin daha küçük kısmındaki yükselen kalsiyum seviyelerinin kaynağıdır. Lizozomlardan kalsiyum transferi bir olasılıktır10.

Başka bulmacalar da var. FIS1’in memeli mitokondriyal bölünmesindeki rolü tartışmalı bir konudur. Kleele ve meslektaşlarının çalışması, FIS1’in periferik bölünme için DRP1 reseptörü olduğunu öne sürüyor ve başka bir çalışma da FIS1’in bir DRP1 reseptörü olduğunu gösteriyor.11. Ancak, diğer çalışmalar6 FIS1 tükenmesinin bölme üzerinde minimum etkiye sahip olduğunu ve FIS1 için alternatif işlevlerin açıklandığını belirtmek12,13. Bu bariz çelişkinin iki açıklaması, FIS1 ile ilgili diğer çalışmaların çevresel bölünmeyi desteklemeyen bağlamlarda olması veya FIS1’in çevresel bölünmedeki rolünün dolaylı olabileceğidir.

Dikkate alınması gereken başka bir şey de, orta bölge bölünmesi sırasında mitokondriyal kalsiyum seviyelerinde bir artış olmamasıdır. Önceki çalışmalar8,14 Mitokondriyal kalsiyumdaki bir artışın, Kleele ve meslektaşları tarafından tanımlanan orta bölge bölünmesine benzeyen bölünme olaylarından önce geldiğini göstermişlerdir. Mitokondriyal kalsiyum uniporter’ı (zar boyunca kalsiyumu pompalayan bir protein) bastırmanın orta bölge ve periferik bölünme üzerindeki etkisini incelemek ilginç olacaktır. Son bir soru, memeli hücrelerinde yalnızca iki tür mitokondriyal bölünme olup olmadığıdır. Çok sayıda düzenleyici mekanizma göz önüne alındığında, bu iki yol üzerindeki varyasyonların veya tamamen bağımsız yolların bulunmaya devam etmesi mümkündür.

Profesör

Bir çocuğun mezarı, Afrika’da bilinen en eski mezarlık alanıdır.

Previous article

Oksijen evrimi elektrokatalizörlerinin bağıntılı operando mikroskobu

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem