Temel Metabolik Makinede Gizli Yapı (peroksizom) Bulundu – “Bunun Gerçek Olduğunu Düşünmüyordum”

Rice Üniversitesi tarafından27 Mart 2021

Konfokal mikroskopla çekilen bu görüntüde, 4 günlük Arabidopsis thaliana bitki hücrelerinin peroksizomlarının içindeki zarla ayrılmış bölmeler görülmektedir. Hücreler, peroksizomların hem zarlarında (yeşil) hem de lümeninde (macenta) floresan proteinler üretecek şekilde genetik olarak modifiye edilmiştir. Kaynak: Görsel, Zachary Wright/Rice Üniversitesi'nin izniyle kullanılmıştır.

Yeni keşfedilen peroksisom alt bölmeleri yağ işlenmesini artırabilir ve hücre metabolizması ve ilgili hastalıklara ilişkin anlayışımızı yeniden şekillendirebilir.

Keşif, "peroksisomlar hakkında bildiğimizi sandığımız her şeyi yeniden düşünmemizi gerektiriyor."

Rice Üniversitesi'nden biyokimyacı Zachary Wright, lisansüstü eğitiminin ilk yılında, mayadan insana kadar tüm üst düzey yaşam için gerekli olan hücresel mekanizmanın ortak bir parçasının içinde gizli bir şey keşfetti.

Wright'ın 2015'te gördüğü şey -peroksisom adı verilen organellerin içindeki alt bölmeler- bugün Nature Communications'da yayınlanan bir çalışmada anlatılıyor .

Çalışmanın ortak yazarı, Wright'ın doktora danışmanı ve Ulusal Bilimler Akademisi üyesi Bonnie Bartel, "Bu, şüphesiz laboratuvarımızın şimdiye kadar keşfettiği en beklenmedik şey," dedi. "Bu, peroksisomlar hakkında bildiğimizi sandığımız her şeyi yeniden düşünmemizi gerektiriyor."

Peroksizomlar, hücrelerin yağ moleküllerini enerjiye ve sinir hücrelerini koruyan miyelin kılıfları gibi yararlı maddelere dönüştürdüğü bölmelerdir. İnsanlarda peroksizom işlev bozukluğu ciddi metabolik bozukluklarla ilişkilendirilmiştir ve peroksizomlar nörodejenerasyon, obezite, kanser ve yaşa bağlı bozukluklar açısından daha geniş bir öneme sahip olabilir.

Peroksizomlar hakkında hâlâ pek çok şey bilinmiyor, ancak temel yapıları (torba benzeri bir zarla çevrili granüler bir matris) 2015'te sorgulanmıyordu. Bartel, Wright'ın keşfinin şaşırtıcı olmasının nedenlerinden birinin bu olduğunu söyledi.

Zachary Wright, Rice Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nde doktora sonrası araştırma görevlisidir. Kaynak: Jeff Fitlow/Rice Üniversitesi tarafından çekilen fotoğraf

Floresan Görüntüleme Gizli Yapıları Ortaya Çıkarıyor

"Biz genetikçiyiz, bu yüzden beklenmedik şeylere alışkınız. Ama genellikle bunlar Technicolor olmuyor," dedi Wright'ın buluşuyla ilgili bir diğer şaşırtıcı şeye atıfta bulunarak: peroksisom alt bölmelerinin hem duvarlarını hem de iç kısımlarını gösteren güzel renkli görüntüler. Görüntüler, Wright'ın deneylerde kullandığı parlak floresan raporlayıcılar, yani parlayan protein etiketleri sayesinde mümkün oldu. Biyokimyacılar, model organizmaların genlerini (Bartel'in laboratuvarı Arabidopsis bitkileri kullanıyor) kontrol edilebilir bir şekilde floresan proteinlerle etiketlemek için değiştiriyorlar. Bu, insanlarda, hayvanlarda ve bitkilerde hastalıklara neden olanlar da dahil olmak üzere belirli genlerin işlevi ve işlev bozukluğu hakkında ipuçları ortaya çıkarabiliyor.

Şu anda Bartel'in laboratuvarında doktora sonrası araştırma görevlisi olan Wright, 2015 yılında yeni bir raporlayıcıyı test ederken peroksisom alt bölmelerini fark etti.

"Zach'in yanlış bir şey yaptığını hiç düşünmedim, ama gerçek olduğunu da sanmıyordum," dedi Bartel. Görüntülerin bir tür yapaylıktan, hücrenin içinde gerçekte var olmayan, ancak deneyle yaratılan bir özellikten kaynaklandığını düşünüyordu.

"Eğer bu gerçekten oluyorsa, birileri bunu çoktan fark etmiş olurdu" diye düşündüğünü anımsıyor.

Bonnie Bartel, Rice Üniversitesi'nde Ralph ve Dorothy Looney Biyolojik Bilimler Profesörüdür. Kaynak: Fotoğraf: Jeff Fitlow/Rice Üniversitesi.

"O andan itibaren, temelde onları anlamaya çalışıyordum," dedi Wright. Aletlerini kontrol etti, deneylerini tekrarladı ve herhangi bir esere dair hiçbir kanıt bulamadı. Gizemli alt bölmeler hakkında daha fazla kanıt topladı ve sonunda Fondren Kütüphanesi'nde eski çalışmaları incelemeye başladı.

1960'lardan Unutulmuş Çalışmalardaki İpuçları

"60'lardan kalma peroksisomlar hakkındaki çok eski literatürü tekrar inceledim ve benzer şeyler gözlemlediklerini ama anlamadıklarını gördüm," dedi. "Ve bu fikir tamamen kayboldu."

60'lar ve 70'lerin başlarında yapılan çalışmalarda bu iç bölmelere birçok kez atıfta bulunulmuştur. Her durumda, araştırmacılar başka bir şeye odaklanmış ve gözlemden kısaca bahsetmişlerdir. Tüm gözlemler ise, 1980'lerde konfokal mikroskopinin yaygınlaşmasıyla gözden düşen transmisyon elektron mikroskoplarıyla yapılmıştır.

"Elektron mikroskobundan çok daha kolay," dedi Bartel. "Tüm alan konfokal mikroskopi yapmaya başladı. Konfokal mikroskobinin ilk zamanlarında proteinler o kadar parlak değildi."

Wright, 2015 yılında da konfokal mikroskopi kullanıyordu, ancak daha parlak ışık kaynakları sayesinde küçük özelliklerin daha kolay ayırt edilebilmesini sağlıyordu. Bir diğer önemli nokta ise, Arabidopsis fidelerinden elde edilen peroksisomları inceliyordu.

Wright, "Bunun unutulmasının bir nedeni, maya ve memeli hücrelerindeki peroksisomların ışığın çözünürlüğünden daha küçük olmasıdır," dedi. "Floresan mikroskopisinde yalnızca bir nokta görebilirdiniz. Işığın yapabileceği sınır budur."

Arabidopsis Fideleri Benzersiz Bir Pencere Sunar

İncelediği peroksisomlar 100 kata kadar daha büyüktü. Bilim insanları, Arabidopsis fidelerinde peroksisomların neden bu kadar büyüdüğünden emin değiller, ancak filizlenen Arabidopsis tohumlarının, fide yaprakları fotosentez yoluyla enerji üretmeye başlayana kadar tüm enerjilerini depolanmış yağdan aldıklarını biliyorlar . Çimlenme sırasında sayısız küçük yağ damlacığıyla beslenirler ve peroksisomları yağı işlemek için fazla mesai yapmak zorundadır. Bunu başardıklarında ise normalden birkaç kat daha büyük hale gelirler.

Wright, "Arabidopsis'teki parlak floresan proteinler, çok daha büyük peroksisomlarla bir araya gelince, bunu görmek çok daha belirgin ve kolay oldu" dedi.

Ancak peroksizomlar bitkilerden mayaya ve insanlara kadar oldukça korunmuştur ve Bartel, bu yapıların peroksizomların genel özellikleri olabileceğine dair ipuçları olduğunu söyledi.

"Peroksisomlar, ökaryotlarda çok uzun zamandır bulunan temel bir organeldir ve ökaryotlarda, özellikle de özellikle mutantlarda, peroksisomların ya daha büyük ya da daha az proteinle dolu olduğu ve bu nedenle görselleştirilmesinin daha kolay olduğu gözlemlenmiştir," dedi. Ancak insanlar bu gözlemlere pek dikkat etmemiş olabilir çünkü genişlemiş peroksisomlar bilinen mutasyonlardan kaynaklanıyordu.

Alt Bölmeler Yağ Metabolizmasına Yardımcı Olur

Araştırmacılar alt bölmelerin ne işe yaradığından emin değiller ancak Wright'ın bir hipotezi var.

Wright, "Beta oksidasyonu veya yağ metabolizması gibi şeylerden bahsettiğinizde, moleküllerin artık suda olmak istemediği noktaya geliyorsunuz," diyor. "Geleneksel bir biyokimyasal reaksiyon düşündüğünüzde, hücrenin su ortamında (lümen) yüzen ve enzimlerle etkileşime giren bir substrattan başka bir şeyimiz yok; suda kalmak istemeyen bir şey varsa bu pek işe yaramaz."

"Dolayısıyla, bu zarları suda çözünmeyen metabolitleri çözmek ve lümenal enzimlere daha iyi erişim sağlamak için kullanıyorsanız, bu tür metabolizmayla daha etkili bir şekilde başa çıkmak için genel bir stratejiyi temsil edebilir" dedi.

Bartel, keşfin aynı zamanda peroksisomal bozuklukların anlaşılması için yeni bir bağlam sağladığını söyledi.

"Bu çalışma bize bazı semptomları anlamanın ve potansiyel olarak bunlara neden olan biyokimyayı araştırmanın bir yolunu sunabilir" dedi.

Kaynak: "Peroksizomlar , Arabidopsis'te yağ asidi katabolizması ve protein kompartımanizasyonunda rol oynayan intralümenal veziküller oluşturur ", Zachary J. Wright ve Bonnie Bartel, 4 Aralık 2020, Nature Communications .
DOI: 10.1038/s41467-020-20099-y

SciTechDaily

Peroksizomlar, hücrelerde bulunan özel organellerdir ve genellikle hücresel metabolizmanın belirli işlevlerini yerine getirir. Peroksizomların başlıca görevleri arasında yağ asidi oksidasyonu, toksik maddelerin detoksifikasyonu ve hücresel reaksiyonlarda aşırı reaktif oksijen türlerinin (ROS) nötralize edilmesi yer alır. Ayrıca, peroksizomlar, hücresel metabolizmanın düzgün işlemesi için önemli olan çeşitli enzimleri barındırır.

Peroksizomların aktifleşmesi ve işlevlerinin iyileştirilmesi, hücresel sağlığı desteklemek, iltihaplanmayı azaltmak ve oksidatif stresi kontrol altına almak açısından kritik olabilir. Bazı bitkisel bileşenler ve metabolitler, bu organellerin işlevlerini teşvik edebilir.

Aşağıda, peroksizomları aktive edebilen bazı bitkisel bileşenler ve metabolitler hakkında detaylı bilgiler verilmiştir:

1. Curcumin (Zerdeçalın Etkin Bileşeni)

• Etki Mekanizması: Curcumin, zerdeçalın başlıca aktif bileşiğidir ve peroksizom proliferatör-aktifleyen reseptör (PPAR) yolağını aktive eder. Bu yolak, peroksizomların aktivitesini artırarak yağ asidi oksidasyonunu ve detoksifikasyon süreçlerini teşvik eder.

• Araştırmalar: Curcumin'in antioksidan etkisi, peroksizomları aktive ederek hücresel oksidatif stresin azaltılmasına yardımcı olabilir.

• Kaynak: Zerdeçal.

2. Resveratrol

• Etki Mekanizması: Resveratrol, şarapta ve bazı meyvelerde bulunan doğal bir fenolik bileşiktir. Resveratrol, SIRT1 genini aktive eder, bu da peroksizom proliferatör aktivasyonunu tetikleyebilir. SIRT1, hücresel enerji metabolizması ve antioksidan savunmalarında önemli bir rol oynar.

• Araştırmalar: Resveratrol, mitokondriyal ve peroksizomal fonksiyonları iyileştirici etkiler gösterebilir ve yağ asidi oksidasyonunu artırarak peroksizomların işlevlerini aktive eder.

• Kaynak: Üzüm, yaban mersini, fındık, kırmızı şarap.

3. Berberin

• Etki Mekanizması: Berberin, AMPK yolağını aktive eder ve bu da peroksizom proliferatörlerinin aktivitesini teşvik eder. Bu, hücresel enerji üretimi ve detoksifikasyon süreçlerini artırabilir.

• Araştırmalar: Berberin, insülin duyarlılığını artırarak peroksizomal fonksiyonları iyileştirebilir ve yağ asidi oksidasyonunu hızlandırabilir.

• Kaynak: Altınbaşak bitkisi, berberis bitkileri.

4. Kurkumin (Gingerol) - Zencefil

• Etki Mekanizması: Zencefilde bulunan gingerol ve kurkumin, peroksizom proliferatör-aktifleyen reseptör (PPAR) üzerinde etki gösterir. Bu bileşikler, peroksizomların hücresel detoksifikasyon işlevlerini artırabilir.

• Araştırmalar: Zencefilin antiinflamatuar ve antioksidan özellikleri, peroksizomal aktiviteyi artırarak hücresel düzeyde detoksifikasyon sağlar.

• Kaynak: Zencefil.

5. Fisetin

• Etki Mekanizması: Fisetin, flavonoid bir bileşiktir ve hücresel stresle mücadele etmek için Nrf2 yolunu aktive eder. Bu, peroksizomların koruyucu işlevlerini destekler ve hücredeki toksinlerin detoksifikasyonunu teşvik eder.

• Araştırmalar: Fisetin'in oksidatif stresi azaltıcı ve detoksifikasyon işlevlerini iyileştirici etkileri üzerinde yapılan çalışmalar, peroksizomları aktive etmede rol oynayabileceğini göstermektedir.

• Kaynak: Elma, çilek, üzüm, soğan, salatalık.

6. Sarımsak (Allicin)

• Etki Mekanizması: Sarımsakta bulunan allicin, güçlü bir antioksidan ve detoksifikasyon ajanıdır. Sarımsak, peroksizomal fonksiyonları destekleyebilir ve hücresel oksidatif stresi azaltabilir.

• Araştırmalar: Allicin'in peroksizom proliferatörleri üzerinde uyarıcı etkiler gösterdiği ve peroksizomal yağ asidi oksidasyonunu artırabileceği bulunmuştur.

• Kaynak: Sarımsak.

7. Biberiye (Rosmarinic Asit)

• Etki Mekanizması: Rosmarinic asit, biberiyede bulunan bir fenolik bileşiktir ve hücresel antioksidan sistemleri uyarır. Bu, peroksizomları aktive edebilir ve hücrelerin oksidatif stresle başa çıkmalarını sağlar.

• Araştırmalar: Rosmarinic asit, Nrf2 yolunu aktive ederek hücresel düzeyde detoksifikasyon süreçlerini hızlandırabilir ve peroksizomları aktive edebilir.

• Kaynak: Biberiye.

8. Kakao Flavonoidleri (Epicatechin)

• Etki Mekanizması: Epicatechin ve diğer flavonoidler, SIRT1 yolağını aktive ederek peroksizomları uyarabilir. Bu bileşiklerin antioksidan ve antiinflamatuar etkileri, peroksizomal işlevlerin iyileştirilmesine yardımcı olabilir.

• Araştırmalar: Kakao flavonoidleri, hücresel detoksifikasyonu artırarak peroksizomal aktiviteyi destekleyebilir.

• Kaynak: Bitter çikolata, kakao.

9. Omega-3 Yağ Asitleri

• Etki Mekanizması: Omega-3 yağ asitleri (özellikle DHA ve EPA) peroksizom proliferatör aktivatorları (PPAR) üzerinde etkili olabilir. Bu yağ asitleri, peroksizomların aktivitesini artırarak hücresel detoksifikasyonu teşvik eder.

• Araştırmalar: Omega-3 yağ asitleri, hücre içi oksidatif stresi azaltabilir ve peroksizomların işlevlerini artırabilir.

• Kaynak: Somon, uskumru, ceviz, keten tohumu, chia tohumu.

Sonuç:

Peroksizomların aktivasyonu, hücresel metabolizmanın düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Bu organellerin sağlıklı çalışması, hücresel enerji üretimi, toksinlerin detoksifikasyonu ve oksidatif stresin azaltılması için kritik öneme sahiptir. Yukarıda sıralanan bitkisel bileşenler ve metabolitler, peroksizomları aktive edebilir ve bu işlevleri iyileştirebilir. Bitkisel tedavi yöntemlerini uygulamadan önce, özellikle sağlık durumu ya da ilaç kullanımı gibi faktörler göz önünde bulundurularak bir sağlık uzmanına danışmak önemlidir.

Bu bitkisel bileşenlerin sistemik etkileri ve peroksizomal işlev üzerindeki rolü, genel hücresel sağlık ve metabolizma açısından faydalıdır.