Yaşar Yurtsever – Moleküler Biyoloji ve Genetik, İstanbul Teknik Üniversitesi
İletişim bir canlı için en önemli ihtiyaçlardan biridir. Organizmanın hayatta kalması, yaşayabilmesi için yardımlaşması, avcılardan korunabilmek için kendi türleriyle ortak yaşam alanları oluşturması ve koordine bir şekilde orayı savunması gerekir, birlikte avlanmayı öğrenip yemek bulma şartlarını artırabilirler veya çiftleşmek, aile kurmak gibi sosyal davranışları yapabilirler.
Tıpkı makro evrende olduğu gibi hücresel boyutta da iletişim en gerekli ihtiyaçlardan biridir. Bir kere çevresinden sinyal almayan hücreler ölmeye mahkumdurlar (apoptoz: programlı hücre ölümü gibi), çevrelerinden büyüme, çoğalma, farklılaşma veya gitgide daha da karmaşık yapılar oluşturabilme becerisi elde ederler. Makro boyutta canlılar sözlü veya davranışlar iletişim örnekleri gösterirken, hücresel boyutta bu sinyal molekülleri ile gerçekleşir, ligand adı verilen bağlayıcı peptid, veya glikoz gibi farklı türde moleküllerden oluşan bu sinyal moleküllerinin reseptör adı verilen bağlanma bölgelerine bağlanması sayesinde sinyal oluşur ve bu sinyal hücre içerisinde bir aşamanın veya hücre genelinde bir aşamanın tetiklenmesinde görev alır.
Genellikle sinyal molekülleri dört ana kategoride incelenir, endokrin yani hormonlar aracılığıyla iletilen ve alınan sinyaller, parakrin yani kandan difüzyon yoluyla hücre içerisine geçen sinyal molekülleri, nöronlar aracılığıyla aktarılan elektokimyasal sinyaller ve etkileşime bağlı olarak gerçekleşen sinyaller. Endokrin sistemde salgılar kan damarları gibi direkt yollar haricinde vücut içi boşluklardan da dağılırlar, bazıları hariç genellikle bölgeseldirler ve nöral sinyaller kadar hızlı değillerdir, ancak nöral sinyallerden daha uzun süre vücut içinde kalabilirler ve böylece uzun süre etki gösterebilirler. Hipofiz, tiroit, paratiroit ve böbreküstü bezleri gibi iç salgı bezlerine sahiptirler ve bu bölgelerden düzenlenen negatif veya pozitif geri bildirim mekanizmalarından etkilenirler.[1]
Parakrin sinyal iletim sisteminde hücreler yakınlarındaki hücreler ile etkileşim kurabilmek ve değişiklikleri indüklemek için sinyaller üretirler ve bu sinyaller de diğer hücrelerin davranışlarında değişikliklere neden olarak hücreden hücreye iletimi sağlar. Bu sinyal moleküllerine parakrin faktörleri denir ve endokrin sistemlere göre çok daha yerel yani kısa mesafeli iletişimde görev alırlar. Temelde parakrin faktörler hücre dışı ortama salgılanırlar ve diğer hücreler tarafından algılanırlar. Parakrin faktörler genelde dört ana aile halinde sınıflandırılabilirler: fibroblast büyüme faktörü (FGF) ailesi, Hedgehog ailesi, Wnt ailesi ve TGF-β süper ailesi. Fibroblast büyüme faktörleri birçok farklı işleve sahiptir ancak en önemli görevlerinden biri farklılaşmayı ve hücre proliferasyonunu yani hücrelerin çoğalmasında oynadığı roldür. FGF’ler çok çeşitlidir ve spesifik sinyal iletimlerini de sağlayabilmek için alternatif olarak eklenebilir veya hatta yüzlerce farklı FGF izoformu oluşturmak için farklı başlatma kodonlarına sahip olabilir. Bu çeşitlilik onlara hücre içerisinde önemli sorumluluklar verir. FGF’leri algılayan FGF reseptörleri de uzuv gelişimi ve farklılaşması gibi önemli görevlerin gerçekleşebilmesini sağlar. Örneğin, farelerde yapılan bir deneyde FGF10 molekülünü üreten genin silinmesi uzuvsuz farelerin oluşmasına neden olmuştur.[2]
Diğer bir sinyal iletim şekli herkesin mutlaka duymuş olduğu nöral yani sinir hücreleri ile yapılan sinyal iletimidir. Diğer sinyal yollarının aksine sinir hücreleri dendritten aksona doğru elektrik sinyalleri ile iletir ve aksonlardan dendritlere geçerken ki yol boyunca kimyasal etkiler gözlenir. Bu sayede en hızlı iletim yolunu oluşturur ve yaklaşık olarak saniyede 100 m alabilecek bir yol oluşturmuş olur. Peki bu kadar hızlı iletim gerekli midir? Vücudumuzdaki birçok aktivitenin hızlı gerçekleşmesi gerekir, kas hareketleri ya da refleksler gibi bu nedenlerden ötürü hızlı olması gereklidir. Ancak sinir hücreleri arasındaki boşluklarda elektriksel ileti kimyasal iletiye çevrilir ve daha sonra tekrar elektriksel sinyale çevrilerek sinir hücreleri arasında iletim sağlanır. Bu süreçlerde hücreler arası boşluklarda görev alan Ca+2 gibi iyonlar ve nörotransmitter adı verilen noradrenalin gibi moleküller aracılığıyla aktarım sağlanır.[3]
Diğer bir sınıfta etkileşime bağlı sinyal moleküllerini içerirler. Burada diğer sinyal yollarının aksine iletim ortama dağılan veya aktarılan ligand moleküller aracılığıyla değil, bizzat hücreye bağlı ligand moleküller ve algılayıcı reseptörlere sahip olan diğer hücrelerin birbirlerine bu şekilde temas etmesi şeklinde gerçekleşir. [4] Örneğin virüsler kapsidlerinde yani genomlarını koruyan ve onlara şeklini veren dış yapılarında bulunan bu tür moleküller ile hücre zarlarındaki reseptörlere bağlanarak bu reseptörler sayesinde hücre içine girebilirler. Covid-19 pandemisinde başrol alan Sars Coronavirus-2 aynı mantıkla çalışmaktadır. Kapsidinde bulunan spike proteinleri canlıda ACE2 reseptörlerine bağlanır ve bu sayede hücre ile etkileşerek bulaşıcı hastalığa sebep olur.[5]
Bu gibi çeşitli sinyal yolları yaşayabilmemiz için çok önemlidir. Tek hücreli canlıların birbirleriyle uyum içinde bir koloni oluşturması veya birleşerek bizim gibi çok hücreli canlıları oluşturması bu sinyaller sayesinde mümkündür, aynı şekilde farklılaşma veya hücre ölümlerinin de bu şekilde sinyaller aracılığıyla olması ve farklılaşan hücrelerin oluşturduğu çok hücreli canlılarda ortaya çıkan yeni sinyal yolları sayesinde daha çok farklılaşma ve daha çok çeşitlilik ortaya çıkmıştır. Böylece çok hücreli canlıların doğada var olabilmesi mümkün olmuştur.
Referanslar
Janz, D. (2000). Endocrine System. The Laboratory Fish, 189-217. doi: 10.1016/b978-012529650-2/50016-0.
Yun, Y., Won, J., Jeon, E., Lee, S., Kang, W., & Jo, H. et al. (2010). Fibroblast Growth Factors: Biology, Function, and Application for Tissue Regeneration. Journal Of Tissue Engineering, 1(1), 218142. doi: 10.4061/2010/218142.
Marzo, A., Bai, J., & Otani, S. (2009). Neuroplasticity Regulation by Noradrenaline in Mammalian Brain. Current Neuropharmacology, 7(4), 286-295. doi: 10.2174/157015909790031193.
Ruhe, Z., Low, D., & Hayes, C. (2013). Bacterial contact-dependent growth inhibition. Trends In Microbiology, 21(5), 230-237. doi: 10.1016/j.tim.2013.02.003.
Andersen, K., Rambaut, A., Lipkin, W., Holmes, E., & Garry, R. (2020). The proximal origin of SARS-CoV-2. Nature Medicine, 26(4), 450-452. doi: 10.1038/s41591-020-0820-9.