beyaz logo.png

Membran Temas Bölgeleri


 

Cem HAZIR - Mezun, Yüksek Lisans

 

Ökaryotik hücrelerin tanımlayıcı bir özelliği, plazma zarı ile çevrili organellerin varlığıdır. Organeller arasındaki membran temas bölgeleri klasik olarak heterolog membranlar arasında yer alan yakın bağlantılar (MCS) olarak adlandırılır [1]. Membran temas bölgelerinde spesifik proteinler (tethers) iki organeli bir arada tutarak sitoplazmik materyallerin iki organel arasındaki taşınmasına aracılık eder [2]. Membran temas bölgeleri apoptoz, hücre büyümesi, organel büyümesi, organel bölünmesi ve biyogenez gibi önemli hücresel işlevlerde yer almakta, bu nedenle son yıllarda membran temas bölgelerine olan ilgi hızla artmaktadır [3, 4].


Zarlı organeller arasındaki hücre içi trafik, genel olarak veziküler trafik ve veziküler olmayan trafik olarak iki tipe ayrılmaktadır. Son yıllarda yapılan çalışmalarda, veziküler olmayan trafiğin hücre içi membranöz organellerin karşıt zarları arasında oluşturulan yakın bir boşlukta da gerçekleşebildiği ortaya çıkarılmıştır [5]. Her organel, diğer bir organel ile -çoğu zaman birden fazla- işlevsel temaslar kurmakta, ancak bu yapıların zarsız organeller (biyomoleküler kondensatlar) ve zarlı organeller arasında da kurulduğu gösterilmiştir [6].


Yapılan çalışmalarda membran temas bölgelerinin hücre sinyalizasyonunda ve hücresel bileşenlerin transferinde önemli bir rol oynadığını ortaya çıkarılmıştır [7, 8]. Özellikle ER-mitokondri temas bölgelerinde strese ve değişen beslenme durumuna yanıt olarak proteinleri bir araya toplayarak birleştiren bir sinyal merkezi olarak görev yapmaktadır [9]. Bu temas bölgesi aynı zamanda kalsiyum değişiminden ve veziküler olmayan fosfolipid transferinden sorumludur [10, 11]. Lizozomla ilişkili MCS'ler, besin alımı, metabolik kontrol, makromolekül bozulması ve sinyalleşme için dinamik bir ağ görevi görür [12, 13].


Membran temas bölgelerini belirlemek bu alanda karşılaşılan zorluklardan biridir, çünkü fonksiyonel membran temas bölgelerini kompartmanlar arası fonksiyonel olmayan stokastik etkileşimlerden ayırt etmek teknik olarak zordur [9]. Membran temas bölgelerini çalışırken elektron mikroskobunun kullanılmasının yanı sıra, floresan mikroskobu kullanılan canlı hücrelerde MCS'lerin yakın tarihli karakterizasyonları diğer kompartmanlarla kurulan temas bölgelerini ortaya çıkarmıştır [14, 15]. Membran temas bölgeleri şekil, kompozisyon ve stabilite açısından değişkenlik göstermektedir. Örneğin, bazı MCS'ler arasındaki bağlantı 1 saniyeden daha kısa sürerken, kas hücrelerinde bulunan özel temaslarda hücrenin ömrü boyunca devam edebilir. Moleküler düzeyde ilk olarak karakterize edilen kas membran temas bölgeleri endoplazmik retikulum ve hücre membranı arasında oluşur ve kas kasılması için gereklidir [16, 17]. MCS'lerin işlev bozukluğu ayrıca, nörodejeneratif bozukluklar ve kanser ile ilişkilendirilmiştir [18]. Bugüne kadar MCS işlev bozukluğunun hastalıktaki rollerine ilişkin çoğu araştırma, ER-mitokondri arasında. bulunan MCS'lere odaklanmıştır [19]. Mnd, VAPB veya REEP mutasyonu, ER-mitokondri MCS ve Ca2+ sinyal transferini bozarak nörodejeneratif hastalıklara neden olmaktadır [20,21].


Yakın gelecekte, mevcut ve gelişmekte olan yaklaşımlar kullanılarak MCS'lerin görevleri daha iyi şekilde aydınlatılacaktır. Organeler interaktomu ortaya çıkarmak için yüksek çözünürlüklü (zamansal-uzaysal) mikroskopların kullanılmasının yanı sıra, biyokimyasal teknikler, özellikle MS tabanlı proteomiklerle birleştirilmiş biyotinilasyon, MCS'leri haritalamak ve MCS'lerde yer alan “tether-omik” bağlantıları tanımlamak için kullanılacak en güçlü araçlar haline gelecektir.




Referanslar:

  1. Eisenberg-Bord, M., Shai, N., Schuldiner, M., & Bohnert, M. (2016). A Tether Is a Tether Is a Tether: Tethering at Membrane Contact Sites. Developmental cell, 39(4), 395–409. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2016.10.022

  2. Helle, S. C., Kanfer, G., Kolar, K., Lang, A., Michel, A. H., & Kornmann, B. (2013). Organization and function of membrane contact sites. Biochimica et biophysica acta, 1833(11), 2526–2541. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2013.01.028

  3. Cohen, S., Valm, A. M., & Lippincott-Schwartz, J. (2018). Interacting organelles. Current opinion in cell biology, 53, 84–91.

  4. Scorrano, L., De Matteis, M. A., Emr, S., Giordano, F., Hajnóczky, G., Kornmann, B., ..., Schuldiner, M. (2019). Coming together to define membrane contact sites. Nature communications, 10(1), 1287.

  5. Li, C., Qian, T., He, R., Wan, C., Liu, Y., & Yu, H. (2021). Endoplasmic Reticulum-Plasma Membrane Contact Sites: Regulators, Mechanisms, and Physiological Functions. Frontiers in cell and developmental biology, 9, 627700.

  6. Ma, W., & Mayr, C. (2018). A Membraneless Organelle Associated with the Endoplasmic Reticulum Enables 3'UTR-Mediated Protein-Protein Interactions. Cell, 175(6), 1492–1506.e19.

  7. Friedman, J. R., Lackner, L. L., West, M., DiBenedetto, J. R., Nunnari, J., & Voeltz, G. K. (2011). ER tubules mark sites of mitochondrial division. Science (New York, N.Y.), 334(6054), 358–362.

  8. Stefan, C. J., Trimble, W. S., Grinstein, S., Drin, G., Reinisch, K., De Camilli, P., ..., McBride, H. M. (2017). Membrane dynamics and organelle biogenesis-lipid pipelines and vesicular carriers. BMC biology, 15(1), 102.

  9. Prinz, W. A., Toulmay, A., & Balla, T. (2020). The functional universe of membrane contact sites. Nature reviews. Molecular cell biology, 21(1), 7–24.

  10. Hayashi, T., Rizzuto, R., Hajnoczky, G., & Su, T. P. (2009). MAM: more than just a housekeeper. Trends in cell biology, 19(2), 81–88.

  11. Krols, M., van Isterdael, G., Asselbergh, B., Kremer, A., Lippens, S., Timmerman, V., & Janssens, S. (2016). Mitochondria-associated membranes as hubs for neurodegeneration. Acta neuropathologica, 131(4), 505–523.

  12. Mc Donald, J. M., & Krainc, D. (2017). Lysosomal Proteins as a Therapeutic Target in Neurodegeneration. Annual review of medicine, 68, 445–458.

  13. Lawrence, R. E., & Zoncu, R. (2019). The lysosome as a cellular centre for signalling, metabolism and quality control. Nature cell biology, 21(2), 133–142.

  14. Valm, A. M., Cohen, S., Legant, W. R., Melunis, J., Hershberg, U., Wait, E., ..., Lippincott-Schwartz, J. (2017). Applying systems-level spectral imaging and analysis to reveal the organelle interactome. Nature, 546(7656), 162–167.

  15. Shai, N., Yifrach, E., van Roermund, C., Cohen, N., Bibi, C., IJlst, L., ..., Zalckvar, E. (2018). Systematic mapping of contact sites reveals tethers and a function for the peroxisome-mitochondria contact. Nature communications, 9(1), 1761.

  16. Lewis, S. C., Uchiyama, L. F., & Nunnari, J. (2016). ER-mitochondria contacts couple mtDNA synthesis with mitochondrial division in human cells. Science (New York, N.Y.), 353(6296), aaf5549.

  17. Dickson E. J. (2017). Endoplasmic Reticulum-Plasma Membrane Contacts Regulate Cellular Excitability. Advances in experimental medicine and biology, 997, 95–109.

  18. Prinz, W. A., Toulmay, A., & Balla, T. (2020). The functional universe of membrane contact sites. Nature reviews. Molecular cell biology, 21(1), 7–24.

  19. Paillusson, S., Stoica, R., Gomez-Suaga, P., Lau, D., Mueller, S., Miller, T., Miller, C. (2016). There's Something Wrong with my MAM; the ER-Mitochondria Axis and Neurodegenerative Diseases. Trends in neurosciences, 39(3), 146–157.

  20. Stoica, R., De Vos, K. J., Paillusson, S., Mueller, S., Sancho, R. M., Lau, K. F., ..., Miller, C. C. (2014). ER-mitochondria associations are regulated by the VAPB-PTPIP51 interaction and are disrupted by ALS/FTD-associated TDP-43. Nature communications, 5, 3996.

  21. Bernard-Marissal, N., Médard, J. J., Azzedine, H., Chrast, R. (2015). Dysfunction in endoplasmic reticulum-mitochondria crosstalk underlies SIGMAR1 loss of function mediated motor neuron degeneration. Brain: a journal of neurology, 138(Pt 4), 875–890.

49 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör