Mantarlarda Otofaji: Hücrenin Kendi İçini Geri Dönüştürmesi

Bir hücre açlık çektiğinde kendi içindeki malzemeyi parçalayıp yeniden kullanabilir. Bu geri dönüşüm sürecinin adı otofaji ve moleküler ayrıntısının büyük bölümü ekmek mayasıyla çözüldü. Mayada otofajiyi gösteren ilk çalışmada vakuol proteinazlarından yoksun hücreler besin içermeyen ortama aktarıldığında vakuollerin içinde küre biçimli yapılar birikmiş, elektron mikroskobunda bu yapıların tek bir zarla çevrili olduğu ve içeriklerinin sitozolden ayırt edilemediği görülmüştür (Takeshige ve ark., 1992). Araştırmacılar ribozom, mitokondri ve glikojen taneleri taşıyan bu 400-900 nanometre çapındaki keseciklere otofajik cisimler adını verdi (Takeshige ve ark., 1992).

Genetik tarama: apg mutantları

Bir sonraki adım, süreci durduran genleri bulmaktı. Mutasyona uğratılmış proteinaz eksik bir suşta vakuolde otofajik cisim biriktiremeyen bir mutant ışık mikroskobuyla seçildi ve apg1 adını aldı; bu suşta azot açlığı protein yıkımını başlatmamıştır (Tsukada ve ark., 1993). Aynı çalışmada canlılık kaybı bir ön eleme ölçütü olarak kullanılarak 75 mutant daha seçilmiş ve bunlar 15 tamamlayıcılık grubuna ayrılmıştır; yazarlar buradan mayada otofajide en az 15 APG geninin görev aldığı sonucuna varmıştır (Tsukada ve ark., 1993). Maya hücresinin genel biyolojisi için maya bir mantar mı yazısına bakabilirsiniz.

Bu tarama otofajinin hücre için ne anlama geldiğini de gösterdi: apg1 suşu azot açlığında yabani tip hücrelerden daha çabuk canlılığını yitirmiştir (Tsukada ve ark., 1993). Bugün bu genler Atg (autophagy-related) adıyla anılıyor. Mayadan çıkan derslerin derlendiği bir çalışmaya göre otofajinin en dikkat çekici yanı, yıkılacak malzemeyi saran çift zarlı bölmelerin sentezlenmesidir; bu, alışıldık zar trafiğinden mekanik olarak ayrı görünen bir süreçtir (Nakatogawa ve ark., 2009). Aynı derleme, otofajinin ökaryot hücrelerin temel bir işlevi olduğunu ve mayadan insana korunduğunu belirtir (Nakatogawa ve ark., 2009).

Zarın üstüne yazılan imza: Atg8 ve lipidasyon

Otofaji zarının kimyası, hücre biyolojisine yeni bir tepkime türü kazandırdı. Bir çalışmaya göre mayada otofaji için gerekli olan Apg8 proteini, karboksil ucundaki glisin ile fosfatidiletanolaminin amino grubu arasında bir amit bağıyla kovalent olarak lipide bağlanır (Ichimura ve ark., 2000). Aynı çalışmada bu lipide bağlanmanın ubikitinlemeye benzer bir sistemle, E1 işlevi gören Apg7 ve E2 işlevi gören Apg3 üzerinden yürüdüğü ve zar dinamiği için gerekli olduğu gösterilmiştir (Ichimura ve ark., 2000).

Bu tepkime bugün laboratuvarda otofajinin izini sürmenin standart yollarından biri. Protein katlanmasının kalıtılan bir özelliğe dönüştüğü bambaşka bir maya olayını ise mayada prion nedir yazısında ele alıyoruz.

Seçici otofaji: hedefini bilen bir sistem

Otofaji yalnız toplu bir yıkım değil. Bir derlemeye göre açlıkla tetiklenen ve seçici olmayan kargoyu hedefleyen toplu otofajinin yanında, belirli kargoyu reseptörlerle tanıyıp tercihen parçalayan seçici otofaji de vardır; tomurcuklanan mayada vakuol hidrolazlarını vakuole taşıyan sitoplazmadan vakuole hedefleme (Cvt) yolağı bu seçiciliğin model sistemi olmuştur (Yamasaki ve ark., 2017).

Seçiciliğin ayrıntılı çözülmüş örneklerinden biri mitokondri yıkımı. Mitofaji kusurlu mutantları tarayan bir çalışmada ATG32 adı verilen genin mitofaji için gerekli olduğu, ürününün mitokondri üzerinde bulunduğu ve seçici otofaji için adaptör olan Atg11'e bağlanarak mitokondriyi kargo olarak işaretlediği gösterilmiştir (Kanki ve ark., 2009). Aynı çalışmada bu genin diğer seçici otofaji türleri ya da seçici olmayan makrootofaji için gerekli olmadığı bulunmuştur (Kanki ve ark., 2009). Aynı dönemde yayımlanan bağımsız bir çalışma da Atg32'nin mitokondriye bağlı bir reseptör olduğunu, solunum koşullarında ifadesinin arttığını ve Atg8 ile Atg11'e bağlandığını bildirmiştir (Okamoto ve ark., 2009). Aynı çalışmaya göre solunum koşullarındaki hücrelerde mitokondrinin belirgin bir bölümü kargo olarak ayrılıp vakuole taşınır ve bu taşınma otofajiye bağımlıdır (Okamoto ve ark., 2009).

Mayadan filamentli mantarlara

Filamentli mantarlarda otofajiyi derleyen bir çalışma, maya modelinin bu mantarlar için de çerçeve oluşturduğunu, otofagozomların varlığının ve sürecin Tor kinazla denetlenmesinin benzer olduğunu belirtir (Pollack ve ark., 2009). Aynı derlemeye göre otofaji filamentli mantarlarda büyüme, morfoloji ve gelişim üzerinde etkilidir, ancak o tarihte yalnız Atg1 ve Atg8 proteinleri karakterize edilmişti (Pollack ve ark., 2009). Aynı derleme, filamentli mantarlarda otofajinin hücre ölümüne karşı korunmada da iş gördüğünü belirtir (Pollack ve ark., 2009). Hifanın uçtan büyümesi ve ağ kurmasını hifa nedir yazısında anlatıyoruz.

Otofajinin mantarlardaki bir başka görev yeri, kendinden olmayanı tanıma tepkisi. Filamentli askomisetlerde bu tepkiyi özetleyen bir derlemeye göre heterokaryon uyumsuzluğunun sonucunda otofaji uyarılır (Glass ve ark., 2006). Bu tanıma sisteminin genetiğini heterokaryon uyumsuzluğu yazısında ele alıyoruz.

Pirinç yanıklığında otofajiye bağlı bir adım

Otofajinin mantar gelişimindeki payını en çarpıcı gösteren çalışmalardan biri bitki patojeni Magnaporthe ile yapıldı. Bu mantarın bitki yüzeyini delmek için apresoryum adı verilen özelleşmiş bir enfeksiyon hücresi kurduğu, apresoryum oluşumunun sırasıyla mitozun tamamlanmasını, çekirdek göçünü ve enfeksiyonun başladığı sporun ölümünü gerektirdiği bildirilmiştir (Veneault-Fourrey ve ark., 2006). Aynı çalışmada MgATG8 geni hedefli mutasyonla bozulduğunda spor ölümünün durduğu, ancak mantarın patojen olma özelliğini kaybettiği gösterilmiştir (Veneault-Fourrey ve ark., 2006). Bu enfeksiyon hücresini apresoryum nedir, patojenin kendisini ise pirinç yanıklığı yazısında anlatıyoruz.

Bilimsel referanslar

Glass, N.L. et al. (2006). Non-self recognition and programmed cell death in filamentous fungi. Curr Opin Microbiol, 9(6), 553-8. PMID 17035076. DOI 10.1016/j.mib.2006.09.001.

Ichimura, Y. et al. (2000). A ubiquitin-like system mediates protein lipidation. Nature, 408(6811), 488-92. PMID 11100732. DOI 10.1038/35044114.

Kanki, T. et al. (2009). Atg32 is a mitochondrial protein that confers selectivity during mitophagy. Dev Cell, 17(1), 98-109. PMID 19619495. DOI 10.1016/j.devcel.2009.06.014.

Nakatogawa, H. et al. (2009). Dynamics and diversity in autophagy mechanisms: lessons from yeast. Nat Rev Mol Cell Biol, 10(7), 458-67. PMID 19491929. DOI 10.1038/nrm2708.

Okamoto, K. et al. (2009). Mitochondria-anchored receptor Atg32 mediates degradation of mitochondria via selective autophagy. Dev Cell, 17(1), 87-97. PMID 19619494. DOI 10.1016/j.devcel.2009.06.013.

Pollack, J.K. et al. (2009). Autophagy in filamentous fungi. Fungal Genet Biol, 46(1), 1-8. PMID 19010432. DOI 10.1016/j.fgb.2008.10.010.

Takeshige, K. et al. (1992). Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction. J Cell Biol, 119(2), 301-11. PMID 1400575. DOI 10.1083/jcb.119.2.301.

Tsukada, M. et al. (1993). Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cerevisiae. FEBS Lett, 333(1-2), 169-74. PMID 8224160. DOI 10.1016/0014-5793(93)80398-e.

Veneault-Fourrey, C. et al. (2006). Autophagic fungal cell death is necessary for infection by the rice blast fungus. Science, 312(5773), 580-3. PMID 16645096. DOI 10.1126/science.1124550.

Yamasaki, A. et al. (2017). Structural Biology of the Cvt Pathway. J Mol Biol, 429(4), 531-542. PMID 28077284. DOI 10.1016/j.jmb.2017.01.003.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya