Araştırmalar, bir hücrenin mitokondrilerini bölünmeden önce nasıl karıştırdığını ortaya koyuyor
Dönüm noktası niteliğindeki bir çalışmada, Perelman Tıp Fakültesi’ndeki araştırmacılar tarafından yönetilen bir ekip, bir hücrenin ikiye bölünmeden hemen önce mitokondri adı verilen önemli iç bileşenleri ikisine eşit olarak dağıtmak için nasıl karıştırdığının moleküler ayrıntılarını keşfetti ve filme aldı.
Temelde temel hücre biyolojisinin bir başarısıdır, ancak bu araştırma dizisi bir gün bilim insanlarının kanserden Alzheimer ve Parkinson’a kadar birçok mitokondriyal ve hücre bölünmesi ile ilgili hastalığı anlamasına yardımcı olabilir.
Mitokondri, hücrelerde enerji üretimi için çok önemli olan küçük oksijen reaktörleridir. Penn Medicine ekibi, çalışmada, hücrelerde çeşitli yapısal roller oynayan filamentler halinde birleştiği bilinen aktin adı verilen bir proteinin, hücre bölünmesinden önce mitokondrinin eşit dağılımını sağlamak gibi önemli bir görevi olduğunu buldu. Bu sistem sayesinde, bölümün oluşturduğu iki yeni hücre, bu kritik enerji üreticileriyle yaklaşık olarak aynı kütle ve kalitede sonuçlanacaktır.
Çalışmanın kıdemli yazarı Erika Holzbaur, “Aktin filamentlerinin mitokondriyi karıştırdığı farklı süreçleri gözlemleyip filme alabildik – en garip olanı, bazı mitokondrilerde onları rastgele bir şekilde hücre içinde ilerleten aktin ‘kuyruklu yıldız kuyruklarının’ hızlı oluşumunu içeriyordu,” dedi, Ph.D. Penn Medicine’de William Maul Measey Fizyoloji Profesörü.
Mitoz olarak da adlandırılan hücre bölünmesi, canlıların temel özelliklerinden biridir, ancak hassas ve karmaşık bir dizi manevrayı içerir. Bölünen hücre – “ana hücre”, genomunun her bir yavru hücre için bir tane olmak üzere iki özdeş kopyasına sahip olmasını sağlamalıdır. Diğer önemli hücresel içerikleri de eşit olarak paylaştırması gerekir.
Hücre tipine bağlı olarak, hücre başına bir avuç ila on binler arasında sayılabilen mitokondri, muhtemelen eşit şekilde karıştırılması için özellikle önemlidir. Bir hücrenin sağlığı için kritiktirler ve kendi küçük DNA genomlarını içerirler – yeni mitokondri, ana hücreden miras kalan mitokondrinin bölünmesi dışında bir hücrede üretilemez.
Holzbaur, çalışmanın baş yazarı, Holzbauer’in laboratuvarında araştırmacı olan Ph.D. Andrew Moore ve ekibinin geri kalanı ile birlikte, mitokondrinin mitozda karıştırılmasının nasıl yapıldığını daha iyi anlamaya çalıştı. Filamentleri hücreyi şekillendirmek ve düzenlemek için hücre zarının iç duvarını hizalayan yapısal bir protein olan aktin üzerinde odaklandılar. Önceki çalışmalarda aktinin mitoz için mitokondriyi organize etmede de rol oynadığına dair ipuçları vardı. Ancak bunu deneysel olarak göstermek ve görüntüleme ciddi bir meydan okumaydı, çünkü kısmen hücrelerin aktin bazlı astarı yoluna çıkma eğilimindeydi.
Çalışmada ekip, bölünmeden hemen önce hücrelerin içindeki üç boyutlu kalın aktin “kabloları” ağını ortaya çıkarmak için gelişmiş mikroskopi teknikleri kullandı. Bu kafes benzeri yapı, mitokondriyi kendilerini eşit bir şekilde boşluk bırakmaya zorlama etkisine sahiptir. Ekip, aktin kablolarının oluşumunu bozmak için özel bir toksin kullandıklarında mitokondrinin eşit aralıklarının kaybolduğunu ve yavru hücrelerin eşit olmayan miktarlarda aldığını keşfetti.
Beklenmedik bir şekilde, araştırmacılar, bölünen hücrenin içinde mitokondriyi eşit olarak dağıtmak için çalışan, daha da belirgin, aktin bazlı başka bir süreci gözlemlediler. Hücre çekirdeği etrafında dalga benzeri bir oluşum içinde birlikte hareket eden aktin iplikçiklerinin bulutlarını gördüler ve filme aldılar. Bu aktin bulutları, tek tek mitokondrileri çevrelediğini ve onları hareketsiz hale getirdiğini keşfettiler – ancak bazı durumlarda aktin filamentleri, onları hücre içinde önemli mesafeler boyunca ilerleten uzun “kuyruklu yıldız kuyrukları” oluşturmak için aniden mitokondri üzerinde birleşirler.
Holzbaur ve meslektaşları, gözlemlerinden ve deneylerinden, bu dönen bulutların ve kuyruklu yıldızların, mitokondriyal kalitenin daha eşit bir şekilde dağılmasını sağlamak için mitokondriyi rastgele hareket ettirme işlevi gördüğü sonucuna vardı. Örneğin, hücrenin bir bölümünde yoğunlaşarak başlayan bir grup hasarlı mitokondri, bu işlemle bölünme gerçekleşmeden önce hücre etrafında daha eşit bir şekilde yayılır.
Holzbaur, “Bu, bir deste kartları bir masaya yayarak karıştırmaya benziyor,” dedi. “Bu şekilde, her yavru hücre sadece mitokondriyal kütle veya sayı açısından değil, aynı zamanda mitokondriyal genetik ve metabolik çeşitlilik açısından da uygun paylaşıma sahip olacaktır.”
Bu tür aktin “kuyruklu yıldızların” 30 yıldan daha uzun bir süre önce hücre istila eden Listeria bakterilerinde gözlemlendiğini, ancak şimdiye kadar hiçbir zaman hayvan hücrelerinde olağan bir sürecin parçası olarak görülmediğini ekliyor.
Holzbaur ve meslektaşları şu anda bu mitokondriyal karıştırma işleminin hücrelerde nasıl kontrol edildiğine ve süreç bozulduğunda organizmalara ne olduğuna dair çalışmaları takip ediyorlar.