Almanya, Münih’teki Ludwig Maximilian Üniversitesinden (LMU) biyofizikçiler hücrelerin kendi şekillerini algılayabildiğini açıklayan yeni bir teori geliştirdi ve bu hücrelerin bilgiyi, proteinlerin hücre içindeki dağılımını yönlendirmek için kullandığını kanıtladılar.
Hücresel süreçlerin çoğu, proteinlerin hücre zarı üzerindeki kesin dağılımına ve modellemesine bağlıdır. Çeşitli çalışmalar, protein-protein etkileşimlerine ve taşıma süreçlerine ek olarak, hücre şeklinin de hücre içi model oluşumu üzerinde önemli bir etkiye sahip olabileceğini göstermiştir.
Tersine, hücre formuna herhangi bir bağımlılığın zararlı olacağı modellemeler vardır. Profesör Erwin Frey liderliğindeki LMU fizikçileri, denizyıldızı oositlerini model bir sistem olarak kullanarak, hücre şeklindeki sert değişiklikler karşısında ne kadar güçlü protein modellerinin ortaya çıkabileceğini açıkladılar. Frey ve meslektaşları, Nature Physics dergisinde, hücrenin içinde oluşan bir konsantrasyon farkının, hücrenin şekil bilgisini kodladığını ve kendi kendine organize edilmiş protein kalıpları tarafından deşifre edildiğini bildirdiler.
Denizyıldızı oositleri (oosit: Büyüme evresini tamamlamış olmakla birlikte henüz döllenebilecek duruma gelmemiş dişi gamet) nispeten büyük ve şeffaftır ve bu nedenle biyokimyasal araştırmalar için çok uygundur. Mayotik hücre bölünmesinden hemen önce, hücre zarı boyunca hücrenin asimetrik olarak bölündüğü konuma doğru bir zar kasılma dalgası geçer. Bu kasılma dalgası, aktivitesi zar üzerinde bir darbe olarak yayılan Rho adlı zara bağlı enzim tarafından tetiklenir. Dalga, oositin bitkisel kutbu olarak bilinen yerden, çekirdeğin bulunduğu hayvan kutbuna doğru ilerler ve dalga geldiğinde asimetrik olarak bölünür.
Hücre şeklindeki değişikliklerin bu süreç üzerindeki etkisini incelemek için araştırmacılar, tek tek oositleri farklı şekilli mikro odalara yerleştirdiler ve böylece hücreleri, her bir kabın sınırları tarafından empoze edilen geometriyi benimsemeye zorladılar. Frey, “Rho aktivasyonunun nabzı deforme olmuş hücrelerde uygun şekilde değiştirilmiş bir şekilde yayılmasına rağmen, her zaman çekirdeğin bulunduğu 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 hakkındaki bilgileri çözebilir
Ekip, bu olağanüstü uyarlanabilirliğin arkasındaki mekanizmayı anlamak için, bu bulguyu açıklayan biyofiziksel bir teori geliştirmeye devam etti. Model, hücre döngüsü düzenleyici Cdk1’in oosit sitoplazmasında asimetrik olarak dağıldığının ve burada çekirdekten sitoplazmaya uzanan ve zamanla bozunan bir konsantrasyon farkı oluşturduğunun daha önceki keşfine dayanmaktadır. Bu fark, zardaki proteinlerin hücre şekline uyum sağlamasını sağlar.
“Buradaki temel fikir, Rho’yu aktive eden proteinin, zara yakın farkı ölçtüğü ve farkın bir eşik konsantrasyonunu işaretlediğidir: Membran üzerinde ön tarafa benzer bir konsantrasyon profili oluşturur, böylece ön kısım tam olarak eşik konsantrasyonda konumlandırılır. Bu ön konumda, Rho aktivatörü ise yerel olarak Rho’nun bir aktivite atımını tetikler.” şeklinde açıklıyor makalenin ilk yazarlarından biri olan Wigbers. Fark azalırken, bu eşik değerinin konumu hücre şekline bağlı olarak zar boyunca değişen hızlarda hareket eder. Böylece, protein konsantrasyonu profillerinin bu hiyerarşisi yoluyla, fark içinde kodlanan şekil 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.
Aslında 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 böyle bir mekanizmanın, hücre şeklinin tanınması ve düzenlenmesi için genel bir fiziksel ilkeyi temsil edebileceğine inanıyoruz” diyerek sonlandırıyor.
