Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik

© 2019 by Bezelye Dergi

Endoplazmik retikulum: Nöron (sinir hücresi) İçinde Bir Nöron


ZEYNEP Öztürk, Doktora Öğrencisi, Genetik Bölümü, Cambridge Üniversitesi


Bir hücrede belirli işlevleri yerine getirebilmek için özelleşmiş birçok organel bulunmaktadır. Bu organellerden biri endoplazmik retikulumdur (ER). ER hücre içinde sentez, taşıma ve depolama gibi birçok önemli görevi yerine getiren bir organeldir. Ders kitaplarında çizilen figürlere bakıldığında hücre içerisinde sanki ER sadece belli bir yerde konumlanmış gibidir. Fakat gerçek bunun tam aksidir. ER, hücre içerisinde her yerde bulunmaktadır ki bu özellik ER'ın işlevselliği için çok elzemdir [1].

ER, lipit zar (membran) denilen bir yapıya sahiptir. Devamlılık gösteren ve hücre içinde bulunduğu her yerde tek bir organel içi boşluğa (lümene) sahip olan bir organeldir. Lipit yapısında çözünebilen bir boyanın bir purkinje nöron (sinir) hücresine enjekte edilmesiyle ER in bir nöron içerisinde her yere ulaşabildiği ve bu ağ yapısının tek bir organel içi boşluğu paylaştığı ortaya çıkarılmıştır. Bu nedenle ER "nöron içinde bir nöron"olarak kabul edilir (Resim1) [2], [3]. Hücre içindeki lokasyonuna bağlı olarak granüllü (ribozomlu) ya da granülsüz (ribozomsuz) olmak üzere iki tip ER bulunur. Granüllü ER nükleus membranı ile birleşik olan ve hücre zarına doğru genişleme gösteren çoğunlukla sisterna yapısında olan kısımdır. Hücre zarına yakın kısımlarda granülsüz, tüpsel formda ER oluşumu belirir. Bu tüpsel ER yapısı hücre tipine göre az ya da çok olabilir [1]. Polarize bir yapıda olan nöron hücrelerinde tüpsel ER yapısı daha belirgin halde görülmektedir. Nöronlar hücre gövdesi, dendrit ve akson/lardan oluşur. Hücre gövdesindeki ER yapısı polarize olmayan bir hücre yapısı ile aynıdır. Fakat akson kısmına bakıldığında burada ER tüpsel ağ halinde birbirine bağlı şekilde presinaptik terminallere kadar ilerler ve nöronun kas hücresi ile bağlantı kurduğu nöromuskular bağlantı (nöron hücresinin sonlanıp kas hücresinin membranı ile buluştuğu nokta) noktalarına ulaşır [4]. Örneğin motor nöronlar insanda 1m kadar olabilmektedir. Bu demektir ki 1m'lik bir motor nöron içerisinde hücre gövdesinden sinapslara (iki nöron hücresi arası boşluk) taşınacak bir molekül bu 1m'lik yolu katetmek zorundadır. Bu 1m boyundaki nöron hücresinin iç dengesinin sağlanması ve yönetilmesi aşırı derecede mühendislik gerektirmektedir. Bunu sağlamak için gerekli en önemli mühendislerden biri ER'dır [5]. ER ribozomlu kısım ile protein sentezinde ve modifikasyonunda rol alır. Ribozomsuz kısım yani tüpsel granülsüz ER ile lipid sentezi, Ca2+ depolama ve son çalışmalarla glukoz metabolizmasına katkı sağlama gibi hayati işlemleri gerçekleştirmektedir [6].


Resim 1: ER, nöron içinde bir nöron. Bir nöronun hücre zarı çıkarılınca içinde bulunan ER nedeniyle yine aynı nöron şekli elde edilir [3].

ER'ın bir diğer büyüleyici özelliği de bu organelin hücre içindeki diğer bütün organellerle fiziksel bağlantısı bulunmasıdır. ER, hücre zarı, mitokondri, golgi, endosomlar ve peroksizomlar ile fiziksel bağlantı noktaları sağlar ve bu bağlantılarla diğer organeller birçok önemli işlevlerini gerçekleştirme imkanı bulur. Örneğin ER ile mitokondri arasında Ca2+ ve lipit alışverişi olmaktadır ve bu iki olay yeni sentezlenecek zar yapılarından mitokondrinin apoptozu (hücre ölümü) başlatacak sinyal yolağını başlatmasına kadar birçok hücresel düzenlemede rol almaktadır. Mitokondriye aşırı Ca2+ girişi apoptozu tetikler ve bu yolağın başlaması gereken durumlarda ER ile mitokondri arasında fiziksel bağlantı noktaları oluşur [7].


Resim 2: ER ve diğer organellerle bağlantı noktaları. ER hücre içinde mitokondri, lipit vesikülleri, endozom, golgi, peroksizom ve hücre zarı ile fiziksel bağlantı noktaları kurar [8].

Yapılan elektron mikroskobu çalışmaları ER yapısının nöronlarda aydınlatılmasını ve yukarda bahsedilen ER ile diğer organeller arasında bağlantıların nöron hücrelerinde de var olduğunu, kanıtlarıyla ortaya koymuştur [9]. ER'ın dahil olduğu metabolik işlemler organelin kendine has yapısal şekillerinin önemini ortaya çıkarmaktadır. ER'a tüpsel yapıyı kazandıran proteinlerde bulunan mutasyonlar Herediter spastik paraparezi (Hereditary Spastic Paraplegia, HSP) hastalığına yol açmaktadır. Bu proteinlerden bazıları Retikülon, REEP, Atlastin, Spastin, Arl6IP1 gibi ER'ın organizasyonunda rol alan proteinlerdir. Bu proteinlerin ortak özellikleri membran içerisine gömülebilmelerini sağlayan hidrofobik aminoasitler içermeleri ve bu sayede intramembran domainler oluşturmalarıdır. Bu intramembran protein yapısı ER zarının bükülmesini ve kedi içine kapanarak tüpsel ER'ların oluşmasını sağlar. Bu tüpsel ER yapıları birleştirci protein olan Atlastin sayesinde bir ağ şeklinde hücre içinde ER'ı oluşturur [10]. ER aynı zamanda dinamik bir özellik de sergiler. Örneğin bir nöron aksonunda ER tüpleri birbirinden ayrılabilir, bir yerden bir yere ilerleyip tekrar başka bir ER tüp ile birleşebilir. ER tüpleri mikrotübüller üzerinde motor proteinler aracılığıyla taşınır. Bu dinamik yapı nöron içerisinde bölgesel hücre içi dengenin korunmasını sağlar. Henüz mekanizmanın kendisi ve sebep olan etmenler tam olarak anlaşılamamıştır [11].

ER ile ilgili işlevlerin kaybolması Alzheimer's, Parkinson's, Huntington's ve ALS gibi birçok diğer beyin hastalıklarında da görülmektedir. Hasarlı proteinlerin varlığında ortaya çıkan ER stresi yine birçok hücrenin hasarlanıp ölüme gitmesine sebep olmaktadır. Fakat ER organizasyonu ile ilgili bulgular ER'ın protein hasarı stresinin yanı sıra kendine has yapısının da hastalık oluşumunda çok önemli olduğunu ortaya çıkarmıştır [12], [13]. ER nöron sağlığı ve hasarlanması için araştırılmaya ihtiyaç duyulan organellerden biridir. Öğrenilecek yeni bilgilerle zaman içerisinde gelişen nöron hasarlanmasının önlenmesi sağlanabilir ve tedaviler geliştirilebilir.





Kaynakçalar:

[1] H. F. Lodish, Molecular cell biology. W.H. Freeman, 2000.

[2] M. Terasaki, N. T. Slater, A. Fein, A. Schmidek, and T. S. Reese, ‘Continuous network of endoplasmic reticulum in cerebellar Purkinje neurons.’, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., vol. 91, no. 16, pp. 7510–4, 1994.

[3] M. J. Berridge, ‘Neuronal calcium signaling’, Neuron, vol. 21, no. 1, pp. 13–26, 1998.

[4] M. Terasaki, T. Shemesh, N. Kasthuri, R. W. Klemm, et al.‘Stacked endoplasmic reticulum sheets are connected by helicoidal membrane motifs.’, Cell, vol. 154, no. 2, pp. 285–96, Jul. 2013.

[5] C. Blackstone, C. J. O’Kane, and E. Reid, ‘Hereditary spastic paraplegias: membrane traffic and the motor pathway’, Nat. Rev. Neurosci., vol. 12, no. 1, pp. 31–42, Jan. 2011.

[6] M. S. Müller, M. Fouyssac, and C. W. Taylor, ‘Effective Glucose Uptake by Human Astrocytes Requires Its Sequestration in the Endoplasmic Reticulum by Glucose-6-Phosphatase-β’, Curr. Biol., vol. 28, no. 21, p. 3481–3486.e4, Nov. 2018.

[7] H. Wu, P. Carvalho, and G. K. Voeltz, ‘Here, there, and everywhere: The importance of ER membrane contact sites’, Science (80-. )., vol. 361, no. 6401, p. eaan5835, Aug. 2018.

[8] H. Wu, P. Carvalho, and G. K. Voeltz, ‘Here, there, and everywhere: The importance of ER membrane contact sites’, Science (80-. )., vol. 361, no. 6401, p. eaan5835, Aug. 2018.

[9] Y. Wu, C. Whiteus, C. S. Xu, K. J. Hayworth, R. J. Weinberg, H. F. Hess, and P. De Camilli, ‘Contacts between the endoplasmic reticulum and other membranes in neurons’, Proc. Natl. Acad. Sci., vol. 114, no. 24, pp. E4859–E4867, 2017.

[10] S. H. Park, P.-P. Zhu, R. L. Parker, and C. Blackstone, ‘Hereditary spastic paraplegia proteins REEP1, spastin, and atlastin-1 coordinate microtubule interactions with the tubular ER network’, J. Clin. Invest., vol. 120, no. 4, pp. 1097–1110, Apr. 2010.

[11] M. J. Woźniak, B. Bola, K. Brownhill, Y.-C. Yang, V. Levakova, and V. J. Allan, ‘Role of kinesin-1 and cytoplasmic dynein in endoplasmic reticulum movement in VERO cells.’, J. Cell Sci., vol. 122, no. Pt 12, pp. 1979–89, Jun. 2009.

[12] M. Krols, G. van Isterdael, B. Asselbergh, A. Kremer, S. Lippens, V. Timmerman, and S. Janssens, ‘Mitochondria-associated membranes as hubs for neurodegeneration’, Acta Neuropathol., vol. 131, no. 4, pp. 505–523, Apr. 2016.

[13] N. Bernard-Marissal, R. Chrast, and B. L. Schneider, ‘Endoplasmic reticulum and mitochondria in diseases of motor and sensory neurons: A broken relationship?’, Cell Death Dis., vol. 9, no. 3, pp. 1–16, 2018.

873 görüntüleme