[ Ana Sayfa | Yayın Kurulu | İçindekiler | Arşiv | Yayın Arama | Yazarlara Bilgi | İletişim ]
2017, Cilt 56, Sayı 2, Sayfa(lar) 102-110
[ Özet ] [ PDF ] [ Benzer Makaleler ] [ Editöre E-Posta ]
Hücre içi trafik ve hücre davranış özellikleri
Berrin Özdil1, Çevik Gürel2, Kubilay Doğan Kılıç3, Gökçe Ceren Kuşçu3, Yasemin Adalı3, Hüseyin Aktuğ3
1Süleyman Demirel Üniversitesi Tıp Fakültesi, Histoloji ve Embriyoloji Anabilim Dalı, Isparta, Türkiye
2Harran Üniversitesi Tıp Fakültesi, Histoloji ve Embriyoloji Anabilim Dalı, Şanlıurfa, Türkiye
3Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi, Histoloji ve Embriyoloji Anabilim Dalı, İzmir, Türkiye
Anahtar sözcükler: Simetrik ve asimetrik hücre bölünmesi, polarite, motilite, hücre iskeleti
Özet
Hücre davranışı ve farklılaşmasının yanı sıra hücre bölünme modeli de canlılar için hayati önem taşımaktadır. Hücresel farklılaşma ve hücre çeşitliliği, doğrudan ve dolaylı olarak erken embriyonik aşamada hücre iskeleti, hücre polaritesi, hücre içi ve hücre dışı sinyaller gibi biyolojik süreçlerin yanı sıra, hücre şekli ve hareketinden de etkilenir. Atipik hücre davranışı, embriyogenezde ve bazen onkogenezde gözlenmektedir. Hücre içi trafik, hücrenin dışarıdan gelen sinyallere verdiği cevaplar ve hücre davranışı yönünden daha kapsamlı değerlendirilmelidir. Bu derlemenin amacı: hücre davranışının anlaşılmasında önemli yer tutan; hücre bölünme mekanizmaları açısından hücre şekli, hücrenin farklılaşma kapasitesi, hücre iskeleti, hücre motilitesi ve hücre polaritesi kavramlarını birbirleri ile ilişkilendirerek açıklamaktır.
  • Başa Dön
  • Özet
  • Giriş
  • Sonuç
  • Kaynaklar
  • Giriş
    Hücre bölünmesi birçok hücresel aktiviteye öncülük eden bir süreçtir. Bölünme tipi, farklılaşma ve kaynak kök hücreleri için önemlidir. Kök hücre ile yapılan birçok çalışma bulunurken, doku bazında bulunan (örneğin epiteliyal hücrelerde) bölünme modeli ile hücreler küçük değişikliklerle farklanır. Modelleme ve mutasyon analizi çalışmalarında hücre bölünmesi önemli bir konudur. Hücre bölünmesi ayrıca modelleme ve mutasyon oranı analizleri için önemli bir kavramdır. Hücre şekli, membranın içinden ve dışından alınan sinyallere bağlıdır ve hücre iskeleti elemanları tarafından oluşturulur. Hücre motilitesi iskelet elemanlarının ayrışması ve yeniden birleşmesi ile sağlanır.

    Hücre motilitesi doğrudan hücre polaritesiyle ve gelecek sinyallere göre iskelet elemanlarını yönetme ile ilişkilidir. Buna ek olarak, farklı hücre tipleri, sinyallere özgün yanıtlar verir. Hücre polaritesi iskelet elemanlarının ve hücre içi moleküllerin asimetrik dağılımı ile ortaya çıkan bir olaydır. Hücre polaritesi, farklı hücre tiplerinde gözlenmektedir ve hücre bölünmesi, hücre ölümü, hücre şekil değişikliği, hücre göçü ve hücre farklılaşması gibi biyolojik süreçlerde rol oynamaktadır. Bu derleme somatik hücre, kök hücre ve onkojenik hücrelerin davranışları arasındaki farklılıkların ve benzerliklerin belirlenmesini sağlayacaktır.

    Simetrik ve Asimetrik Hücre Bölünmesi
    Hücre bölünmesi hücrelerin ve dokuların devamlılığı için büyük önem taşımaktadır. Hücre bölünmesi iki farklı tipte gerçekleşmektedir; bunlar simetrik bölünme ve asimetrik bölünmedir. Hücre bölünme çalışmaları genel olarak kök hücre temelli yapılmaktadır; çünkü kök hücre bölünmesi hem farklılaşacak hücreyi oluşturur hem de kök hücre olarak kalacak kaynak hücrelerin oluşmasında kaynak sağlar1.

    Hücre bölünme tipi alanındaki araştırmalar ilk olarak 2001 yılında yapılmış; kolon kriptalarında kök hücre bölünmelerinde metilasyon seviyesine bakılmıştır2. Simetrik ve asimetrik bölünme mitoz bölünmenin iki farklı tipi olarak görülebilir. Kök hücrelerde, simetrik bölünme sonucunda hücreler ya ikisi de farklılaşacak ya da ikisi de kök hücre olarak kalacak hücreleri meydana getirir. Kök hücrelerde, asimetrik bölünmede ise oluşacak iki hücreden biri farklılaşırken biri kök hücre olarak kalır1.

    Bir hücrenin asimetrik olabilmesi için: 1) iki kardeş hücrenin farklı boyutlara sahip olması, 2) bir veya daha fazla hücre bileşenlerinin iki kardeş hücreden sadece birine ayrılması, 3) iki kardeş hücre özel bir hücre tipi için farklı farklılaşma potansiyellerine sahip olması gerekmektedir3.

    Kardeş hücrelerin boyutları mitotik iğ ipliklerin konumuna göre şekillenen yarıklanma ile belirlenir4. Merkezi bölgeye konumlanmış olan mitotik iplikler sonucunda aynı boyutta iki kardeş hücre oluşur, fakat mitotik ipliklerin herhangi bir şekilde yer değiştirmesi bir kutup yönünde büyük, diğer bir kutup yönünde ise küçük kardeş hücre oluşmasına sebep olur. Kutup cisimciğinin atılması gibi bazı durumlarda aşırı simetri görülebilir ki bu kardeş hücrelerden biri ancak genetik materyalin bir kopyasını taşıyabilecek büyüklüktedir. Somatik hücre bölünmelerinde hafif asimetri görülmesine rağmen nadiren bir kardeş hücre diğer hücrenin iki katından fazla boyutlarda bölünebilir.

    Asimetrik hücre oluşumuna sebep olan ve en iyi anlaşılan sistem Caenorhabditis elegans zigotlarında gözlenmiştir. Döllenmeden sonra C. elegans embriyoları büyük ön (anterior) AB ve küçük arka (posterior) P1 kardeş hücrelerine ayrılırlar. Spermin girişiyle birlikte bir seri olay gerçekleşir bu durum hücre korteksinin anterior ve posterior bölgelere ayrılmasıyla sonuçlanır5. Bu sonuçlar posterior korteksin güçlü kapasitesinin mitotik iğ ipliklerine güç uygulaması ile gerçekleşir. İğ iplikleri posterior uca doğru yer değiştirir ve bu nedenle bölünme düzlemi simetrisini kaybeder. Bu proteinler hücre polaritesi ve asimetrik hücre bölünmesinde temel mekanizmaları kontrol eder6.

    Epidermis çok katlı bir epiteldir ve epidermisin, epitel öncüllerinin tek bir katmanından gelişmesi, tabakalaşma olarak adlandırılır. Bazal tabaka olarak adlandırılan iç hücre tabakası, membranın en alt tabanındaki hücreler, yüzey alanını arttırmak amacıyla simetrik bölünme yapar. Yaklaşık 13.5 günlük fare embriyolarında bölünme yön değiştirir ve hücrenin apikal bazal ekseni boyunca mitotik iğ ipliklerinin düzenlenmeleri ile birlikte bölünmeler gerçekleşir. Bu bölünmeler asimetrik olarak adlandırılır7,8. Hücre kaderi ve iğ iplikçiklerinin yönelimi arasındaki bağlantı tam olarak anlaşılamıyorken iç ve dış düzenlenmenin her ikisi içinde kanıtlar mevcuttur. Bazal membran, öncü hücreler ve yer değiştirme için bir niştir. Bu niş asimetrik hücre bölünmesi sırasında hücre kaderinin kararında önemli bir rol oynar. İntegrin protein ailesi hücrenin altında bulunan hücreler arası madde içindeki bazal membrana bağlanmasını sağlar ve integrin ECM sinyali epidermal bazal hücrelerin çoğalma aşamasında ilişkilendirilmiştir9,10. Buna ek olarak, EGFR ve notch sinyallerinin ikisi de hücre kaderini kontrol edebilen intirinsik faktörler olarak öne sürülmüştür11-13.

    Bazal tabakada bulunan öncü hücreler mitotik iğ iplikçiklerini paralel ya da dik yönlendirerek bazal membranı sırasıyla asimetrik ya da simetrik olarak bölünmesine sebep olurlar. Bir bazal hücre asimetrik bölünmeye uğrayarak suprabazal/spinoz tabakası hücresine ve proliferatif bazal hücresine farklılaşmasına yol açar. Suprabazal/spinoz hücreleri daha da dışa doğru farklılaşarak ve göç ederek granüler tabaka ve kornifiye tabakaya diferansiye olurlar. Mitozdaki apikal Par polarite kompleksi ve NuMa arasındaki bağlantı, apikal-bazal iğ yönlendirmesini direk olarak etkileyerek epidermal bazal hücrelerinin asimetrik hücre bölünmesine geçişini sağlarlar (Şekil-1)14.


    Büyütmek İçin Tıklayın
    Şekil 1: A. Simetrik ve asimetrik bölünme. B. Bazal katmanda bulunan progenitör hücreler paralel veya perpendikular mitotik iğlerle, bazal membranın sırasıyla asimetrik (AHB) ve simetrik (SHB) bölünmesini sağlar.

    Kök Hücrelerde Simetrik ve Asimetrik Bölünme
    Asimetrik ve simetrik bölünme çok çeşitli dokularda görülür. Ayrıca, kök hücrelerin her iki bölünme şeklini de kullanabildiği görülmüştür. Örneğin, Drosophila germ kök hücrelerinde hücre bölünmesinin asimetrik mi simetrik mi olacağı bölünme sırasında oluşan iğ ipliklerin niş ile hücre arasında kalan yüzeye dik ya da paralel olmasına bağlıdır1. Kök hücreler asimetrik olarak bölündüğünde mutasyona uğramış genler varsa bunlar süresiz olarak sistemde kalır. Bunun nedeni ise her hücre bölünmesinde mutant hücrenin birebir aynı kopyasının oluşmasıdır. Diğer taraftan, mutant bir kök hücrenin simetrik bölünmeyle aktarılması çok daha farklıdır ve hücre kalıcılığı ile ilgili daha az bir kesinlik söz konusudur. Simetrik bölünmede mutant hücreler iki farklı yola girer: Ya hücre bileşimlerindeki farklılaşma elimine edilir ya da proliferasyondan sonra mutant hücre sayısı artar. Bu konu üzerinde çalışan bir grubun yaptığı hesaplamalar simetrik bölünme sonucu oluşan mutant sayısı oranının her zaman asimetrik bölünmeden daha düşük bir orana sahip olduğunu gösterilmiştir1. Pek çok kanserleşme kanser baskılayıcı genlerinin inaktivas-yonuyla başlar. Bu genler kanserleşme sürecini her iki allelde mutasyona uğradığında başlatırlar. Knudson, bu olayı açıklamak için “Çift Vuruş Hipotezi’ni” ortaya atmıştır. Bu hipoteze göre, ilk “vuruş” ebeveynlerden birinden yavruya aktarılırken, ikincisi sonradan kazanılır. Asimetrik bölünen hücreler aksine simetrik bölünen hücreler daha düşük çift vuruşlu mutasyon oranlarıyla karakterize edilirler. Bu, özellikle karsinogenezde en yaygın modellerden biri olan tümör baskılayıcı genlerinin inaktivasyonunda önemlidir. Aynı araştırma grubu asimetrik ve simetrik bölünmeler sonucu oluşan mutasyon olasılıklarını hesaplamışlardır. Bunun için normal bir kök hücre ile tek vuruşlu bir kök hücreyi temel almışlardır ve bu iki hücre için ayrı ayrı karar ağacı oluşturmuşlardır. Her hücre için verilen cevaplara göre oluşacak farklı yolların ve hücre çeşitlerinin istatistiğini yapmışlardır. Bu araştırma yapılırken iki farklı hücre kullanılmıştır ancak yapılan bütün bu istatiksel hesaplamalar sonucunda daha fazla hücre çeşidinin varlığında bile simetrik bölünmenin çift-mutant oluşum oranını azaltmaya devam ettiği bulunmuştur1.

    Hücre Şekli ve Farklılaşması
    Hücre iskeleti, hücre içindeki yapı ve etkinliklerin organizasyonunda temel yapıdır. İskelet elemanları, hücreye şeklini vermelerinin yanı sıra desteklik sağlama, hücre hareketi ve düzenlemede görev alırlar. Hücre iskeletinin en göze çarpan işlevi ise hücreyi mekanik olarak desteklemek ve onun biçimini korumaktır. Gelen iç ve dış kuvvetlere tepki yapılar ile mümkündür. Hücre iskeleti aynı zamanda mitoz bölünmede kromozomları tutarak, kutup noktalarına çeker. Ayrıca sitokinezde de etkilidir. Hücre içi trafikte ise, çeşitli molekülleri ve organelleri taşımakla görevlidir. Hücre şeklini sağlarken aynı zamanda dışarıdan gelecek herhangi bir etkiye karşı plazma membranın altında bulunup sıkı bir tabaka oluşturur. Hücre iskeleti üç farklı yapıdan oluşur. Bunlar, mikrotübüller, mikrofilamentler (aktin filamentler) ve ara (intermediyer) filamentlerdir.

    Mikrotübüller tüm ökaryotik hücrelerin sitoplazmasında bulunurlar. İçi boş çubuklar şeklindedirler ve iskelet elemanlarının en kalınıdırlar. Mikrotübül duvarları tübülin proteinlerinin oluşturduğu 13 kolon içerir. Her tübülin molekülü dimer yapıdadır ve α ve β-tübülin adı verilen iki alt birimden oluşur. Mikrotübül oluşumu ise α ve β-tübülin dimerlerinin GTP enerjisi kullanılarak polimerleşmesi sonucu olur. Mikrotübüller kendilerini kuran birimlere yıkılabilirler ve bu birimler hücrenin başka bir yerinde mikrotübül kurulması için kullanılır. Hücre şeklinin sağlanmasının yanı sıra hücre hareketinde, organel lokalizasyonunda ve hücre bölünmesi sırasında kromozomların yer değiştirilmesinde görev yapar.

    γ-tübülin kompleksi mikrotübül monomerlerinin polimeri-zasyonuna çekirdek oluşturur. γ-tübülin kompleksleri ökaryotik çoklu-altbirimli protein kompleksleridir. Birçok farklı boyutta olabileceği gibi, çeşitli altbirimler içerebilir. İnsanda açık yüzük şekilli geniş γ-tübülin kompleksleri bulunur (γTuRCs). Bu yapılar γ-tübülin, GCPs 2-6, GCP-WD’den oluşmuşlardır15.

    Aktin filamentler, küresel aktin (G-Aktin) monomerlerinin ATP enerjisi kullanarak bir araya gelmesi ile oluşur. Ortaya çıkan yapı, iki aktin zincirinden oluşan bir sarmal şekilde gözükür. Aktin filament oluşumundan sonra G-aktin molekülü isim değiştirerek F-aktin’e dönüşür. Aktin filamentler, mikrotübüllerin sıkıştırılmaya dayanma özelliğinden farklı olarak gerilmeye (çekici güçlere) dayanmaktadır. Diğer moleküllerle bir araya gelerek oluşturduğu üç boyutlu ağ yapısı hücre membranının desteklenmesine yardımcı olur. Mikrovillüs gibi özelleşmiş yapıların merkezi yapısını oluşturarak onlara hareket kazandırır. Bütün bunların yanı sıra kasın kasılıp gevşemesinde, hücre hareketinde (ameboid hareket, yalancı ayak) ve hücre bölünmesinde görev yaparlar.

    Ara filamentler, fibröz proteinlerin yoğunlaşıp birbirleri üzerine sarılmasıyla oluşurlar. Diğer hücre iskeleti elemanlarının aksine protein alt birimlerinde çeşitlilik taşırlar. Bu durum bulunduğu hücreye ve görevine göre özelleşmelerinden kaynaklanır. Ayrıca diğer iskelet elemanlarının yıkımı yapımı çok kolay bir şekilde yapılırken ara filamentler çok daha kalıcı yapılardır. Bunun sayesinde hücre kolay bir şekilde gerilmeye dayanır ve hücrenin şeklinin korunmasını sağlar. Aynı zamanda çekirdek ve bazı organelleri sabitler ve çekirdek kılıfını oluşturur. Ara filamanlar yaklaşık 10 nm çapa sahiptirler. 50’den fazla farklı tipi tanımlanıp aminoasit dizilimlerindeki benzerlik baz alınarak 6 farklı gruba ayrılmıştır. Tip I ve Tip II, epitelyal hücrelerde sentezlenen yaklaşık 15 farklı tip protein içeren iki ayrı grup keratin yapıdır. Tip III, vimentin dahil farklı türde çeşitli bulunan desmin, glial fibriler asidik proteini içerir. Periferin nöronlarda bulunur. Tip IV 3 tip nörofilament ve α-interneksin içerir. NF'ler olgun nöronların çok çeşitli önemli ara filamanlarıdır, α-interneksin nöron erken gelişim aşamasında ifade edilir. Tek tip VI ara filaman proteini (Nestin), merkezi sinir sistemi, merkezi sinir sistem kök hücreleri, hatta nöronların erken embriyonik gelişimi sırasında ifade edilmektedir. Tip 5 nükleer laminleri içerir, ökaryotik hücrelerin çoğunda bulunur. Ara filaman proteinlerin hepsi yaklaşık olarak 310 amino asit (Nükleer Laminler 350 amino asit) merkezli bir α-sarmal çubuğu etki alanına sahiptir16.

    Bu üç temel yapının dışında hücre iskeletinin görevlerinin yerine getirilmesinde önemli rol oynayan motor proteinler vardır. Bu moleküller hücre hareketinde rol oynarlar. Aynı zamanda kargo proteinlerini ve organelleri aktin filamentler ve mikrotübüller üzerinde bir yerden başka bir yere taşırlar. Görev aldıkları süreç içinde ATP ya da GTP hidrolizi ile enerji sağlanır.


    Büyütmek İçin Tıklayın
    Şekil 2: Hücre iskelet elemanları: Hücre iskeleti 3 farklı eleman içerir; mikrotübüller, aktin filamentleri ve ara filamanlar.

    Hücre yüzeyine etki eden mekanik kuvvetler üç farklı alt gruba ayrılır. Bunlar hücre içi değişimler ile meydana gelen (aktin ağındaki değişimler veya iyon kanallarından molekül geçişleri gibi) mekanik kuvvetler, hücre dışından gelen (komşu hücre ya da hücreler arası madde kaynaklı) mekanik kuvvetler ve hücre membranındaki değişikliklerden kaynaklanan (membran lipidlerinin yenilenmesi ve membrandan ayrılması) mekanik kuvvetlerdir17.

    Hücre içindeki mekanik kuvvetler, hücre iskeletinin yeniden şekillenmesinde görev alır. Bu kuvvetlerin düzeni aslında çift taraflı olarak birbirini dengeleme ve/veya birbirini yenme üzerine kuruludur. Hücre içinde bulunan birçok kimyasal ve bunlara bağlı olarak üretilen fiziksel güç, hücre dışından gelen kuvvetlerle dengeli bir şekilde hareket eder; ya da hücre dışından gelen kuvvet ile bir bölgeye yönlendirilir. Bu bağlamda hücreler arası maddenin katılığı, yoğunluğu ve hücre üzerinde oluşturduğu kuvvet önemlidir.

    Hücre, dışarıdan gelen kuvvetlerle kendi içindeki düzeni yeniden sağlarken, hücre dışına uyguladığı kuvveti de düzenlemektedir. Bu sayede hücre hem kendi katılığını değiştirebilmekte hem de hücreler arası maddeyi de salgıladığı moleküllerle düzenleyerek katılığını etkileyebilmektedir. Ayrıca hücre dışarıdan gelen sinyallerle yeni odaksal yapışmalar oluşturabilmekte veya var olan odaksal yapışmaları çözebilmektedir. Hücre, dış ortamı daha katı olduğunda daha çok kasılabilir ve yayılabilir, fakat hareket etmesi daha güçtür18.

    Hücre şekli deneysel olarak farklılaştırılabilir. Hücrenin ekildiği yüzey canlı içindeki yapıya ne kadar benzetilirse hücre, in vivo’daki haline o kadar benzer. Hücrenin ekildiği yüzeyin özellikleri de hücre şeklini belirleyen etmenlerden biridir. Hücrenin yapışmak istemediği bir protein ile kaplanmış yüzeyde hücre, yapışma yüzeyini en aza indirmek için yuvarlak bir şekilde durmayı tercih ederken, hücreler arası maddede bulunan proteinlerle yapılan desenlemelerde ise hücre şekli ve organizasyonu değişir ayrıca hücre, yapışma proteinlerini hücreler arası maddede olacak şekilde düzenler19.

    Biyolojik süreçler kimyasal ve fiziksel kurallara göre düzenlenmiştir ve biyolojik olaylar bunların sonuçlarıdır. Yaşamı boyunca hücre dışarıdan ve içeriden gelen sinyallere göre şekil değiştirir. Dış sinyaller mitotik iğ ipliklerinin yerleşimini20, hücre bölünmesini (proliferasyon) 21, hücre şekli yanında apoptozu da 22 düzenler. Deneysel olarak, hücre şekli hücreler arası madde in vivo yapışma bölgelerini taklit ederek ayarlanabilir 23. Hücre ve doku kültürlerinin her ikisinde de hücreler kontrollü bir şekilde şekillendirilebilir 24. Deneysel olarak yapışma bölgeleri microcontact baskı tekniği ile desenlenip, fibronektin noktalar farklı mekansal dağılımı ile lokalize edilmiştir. Hücre kültürü deneyleri göstermiştir ki, noktalar arası yay biçimi alan hücre şekli fibronektin noktalara göre düzenlenmiştir 19,25. Hücrelerin odaksal yapışları vinkülin ve paksillin boyamaları ile gösterilmiş ve bu yapışma moleküllerinin fibronektin noktalar üzerinde yoğunlaştığı görülmüştür. Doku kültürü deneylerinde, fibroblast hücreleri kollajen tip I üzerinde sabitlenmiş, gözlemler sonucunda şekillerin hücre kültüründe olduğu gibi sabitlemeye göre gerçekleştiği görülmüştür. Hem hücre hem doku kültüründe hücrenin oluşturduğu yay yarıçapı noktalar arası uzaklıkla ya da sabitlemeyle artmıştır19.

    Kanser ve normal hücrelerin arasında da birçok fark vardır. Örneğin, normal hücrelerin şekilleri tek düze iken kanser hücreleri morfolojik olarak birbirinden farklıdır. Normal hücreler belirli bir bölgede belirli zamanlarda bölünürken kanser hücrelerinde sınırsız bir şekilde bölünme söz konusudur ve yüzey sınırından bağımsızdır (contact inhibition). Normal hücreler belirli karakteristik özellikler sergilerken kanser hücreleri çok farklı özellikler gösterir 26.

    Xenopus blastosist araştırması yapan grup çalışmasında, hücrelerin birbiriyle etkileşime girebilmesi için hücrelerin yer değiştirmesi gerekliliğini belirtmiştir. Yer değiştirme ve etkileşim için modelleme yapan grup, zamana bağlı çalışmalar yapmış ve hücrelerin arasındaki açılara bağlı olarak iki hücrenin arasındaki etkileşimi belirlemeye çalışmışlardır. Normal bir hücre, izole edildikten sonra yüzeysel gerilimini minimize etmek ister ve bu nedenle yuvarlak bir şekle girer. İki hücre tek bağlantı bölgesinden etkileşim halinde ise aralarındaki açı sıfır; eğer o yüzeyde tamamen etkileşim halinde iseler aralarındaki açı doksan derecedir. Hücrelerin birbiriyle olan etkileşimi bağlanma bölgelerinin artması azalması ile yeni oluşumlar için yok olması gerekebilir, bu aşamalar hücrelerin belirli zaman aralıklarında görüntülenmesiyle belirlenip analiz edilebilir. Kortikal aktin, blastosist yapısında yüzeydeki hücrelerde yoğun olarak bulunurken, iç hücre kitlesinde düşük yoğunlukta bulunur. Miyozin II aktin molekülllerine destek olarak iki bölgede de bulunurlar 27.

    Hücre hareketi için sürekli olarak yapılan ve yıkılan hücre yapışmalarının varlığı gereklidir. Bu süreçte gerekli olan yapım ve yıkım olayları için birçok sinyal yolağının ve molekülün kullanılması gerekir. Hücre hareketini anlamak için, farklı etkenlerin bir araya gelerek oluşturduğu bir olay olduğu göz önüne alınmalıdır. Yapışmaların başlıcaları, odaksal yapışmalar, fibriler yapışmalar, odaksal kompleksler ve podozomlardır. Bu farklı yapışma çeşitleri, farklı moleküller ve farklı sinyal yolaklarının aktivasyonu sonucu oluşur 28.

    Hücre Hareketi ve Polaritesi
    Hücre hareketi; hücrelerin canlılığı, birbiriyle olan etkileşimi, gelişmesi ve bölünmesi için gerekli olan bir süreçtir. Bu süreç özellikle embriyolojik dönemde, inflamasyon cevabında, doku yenilenmesinde ve kanserde çalışılmıştır. Hücrenin hareket etmesi için dıştan ya da içten gelen etkiler ile hücre içi protein ifadelenmesi değişir ve hücre iskeletindeki yapıları şekillendirir.

    Hücre, hücre içerisinden ya da dışarısından gelen yer değiştirmesi için gerekli sinyalleri aldıktan sonra yakın çevresinde tutunacak bir bölge aramaya başlar. Bu tutunulacak bölgeyi bulmak için hücre dışarıya doğru protrusion adı verilen çıkıntılar oluşturur. Hücre, hücre-ler arası maddeye tutunarak ilerleme sağlar. Tutunacak bir bölge bulduğunda orada yapışma bölgesi oluşturur ve o bölgeye kanca atarak ve yüzey gerilimini artırarak kendini o bölgeye doğru çeker. Bu sırada hücre yüzeyinde akto-miyozine bağlı olarak gerilme gücü oluşur. Bu sırada geride kalan yapışma bögelerini azaltır ve o bölgeyi bırakır. Yüzey gerilimini azaltır ve yeni bölgede ilk durumunu alır 29.


    Büyütmek İçin Tıklayın
    Şekil 3: Hücre hareket adımlarının yandan (kutu I) ve üstten (kutu II) görünüşü. A. Aktin hücre ve odaksal yapışma aracılığıyla bağlanma yüzeyi ve sinyallere göre biçimlendirilir. B. Motilite sinyali geldiğinde aktin kortikal yüzeyde ve önde olan uçta birikir. C. Motilite sinyalleri hücreyi yeni odaksal yapışmayı destekleyici yüzeyi aramak için teşvik eder, bunun için hücre yüzeye doğru çıkıntılar oluşturur. D. Hücreler kortikal gerginliği ve hücre uzunluğunu artırırken yeni odaksal yapışmalar oluşturur. E. Hücreler arka odaksal yapış-ma komplekslerini çözer ve kortikal gerginliği azaltır.

    Hücre hareketindeki basamaklarda birçok yardımcı proteinler görev almaktadır. Bunlardan bazıları kofilin, integrin-talin kompleksi, aktin bağlantılı protein 2/3 (ARP2/3) kompleksi, forminler, profilin, kapatma proteini ve miyozinlerdir. Kofilin aktin polimerizasyonunun zamansal ve yüzeysel dağılımında görev alan bir proteindir. Kofilin hücre hareket basamağında asimetrik dağılmaya başlayan aktin filamentlerinin polimerizas-yonunda görev alır. Ayrıca sonraki adımlarda aktin filamentlerinin yeni dağılım eğiliminde de görev alır 29.

    Hücre polaritesi, hücresel komponentlerin ve hücresel yapıların asimetrik organizasyonuna dayanan bir olaydır. Birbirinden farklı hücre tiplerinde (epitel, nöron) gözlemlenmesine rağmen hücre polaritesi temel iki özellik taşımaktadır. Bunlardan ilki hareketli hücre elemanlarının (düzenleyici proteinler) hücrenin karşı kutuplarında asimetrik dağılımı, diğeri ise polarite ekseni boyunca hücre iskeleti elamanlarına (özellikle aktin ve mikrotübüller) odaklı düzenlemedir. Bu iki özellik kutuplaşacak hücrelerde eş zamanlı olarak ortaya çıkar ve bunların etkileşimi hem hücre polaritesinin oluşumu hem de devamlılığında kilit rol oynar 30. Hücre polaritesi: hücre bölünmesi, hücre ölümü, hücre şekil değişimi, hücre göçü ve hücre farklılaşması gibi biyolojik süreçlerde görev alır 31.

    Aktin filamentleri ve mikrotübüller doğalarında bulunan polimer örgüleri boyunca kutuplaşma ve hücre polaritesi sinyallerine hızlıca cevap vermelerine olanak sağlayan kendi iç dinamikleri sayesinde hücre polarizasyonu için temel yapıları sağlamak için oldukça uygundur. Aktin filamentleri ve mikrotübüller, nükleotid (ATP veya GTP) hidrolizi ile aktifleşerek bir araya gelen monomerlerden oluşan polarize polimerlerdir. Aktin filamentleri G-aktin bağlanma ve ayrışma hızının farklı olduğu iki farklı uca sahiptir: kancalı ve iğneli uçlar. Aktin filamentlerindeki bu polarize yapı, bütün aktinfilamantlerinin aynı yöne doğru hareket etmesine ve hücre iskeleti regülatör moleküllerin polarize dağılımına olanak sağlayarak simetri kıran süreci yönlendirir. Tıpkı aktin filamentlerinde olduğu gibi, mikrotübüller de tübülin bağlanma ve ayrışma hızının farklı olduğu artı ve eksi uçlar içeririr. Bu uçların oluşmasında en önemli etken GTP-tübülin ile GDP-tübülin moleküllerinin ayrışma hızının farklı olmasıdır. Mikrotübül yapısında GTP-tübülin bağlanması ve GDP-tübülin ayrışması olayları aynı anda meydana gelir. Bu olaya dinamik kararsızlık adı verilir. Dinamik kararsızlık mikrotübüler yapının asimetriyi inşa etmesini, polarize düzenlemenin devamlığını ve kararlılığını sağlar 30,32.

    Ara filamentler ise non-polardır yani kutuplaşma özelliği göstermezler ve genellikle hücre polaritesinin oluşumunda görevli değildirler. Bununla birlikte yapılan son çalışmalar ara filamentler gibi polar olmayan septin protein ailesinin, birçok hücre tipinde hücre polaritesi için önemli olduğunu ortaya koymuştur 30,33,34.

    Hücre iskeleti bağıntılı motor proteinler de hücre polaritesi için önemlidir. Bu proteinler ATP hidroliz enerjisi ile şekil değişikliğine uğrayarak aktin filamantleri veya mikrotübüller üzerinde tek yönlü hareket ederler. Miyozin süper ailesine mensup proteinler, aktin filamentleri üzerinde işlevsel motor proteinlerdir ve birçok miyozin üyesi aktin filamentinin kancalı ucuna doğru hareket eder. Mikrotübül motorlar proteinleri ise kinesinleri ve dineini içerir. Kinesinler mikrotübülün artı ucuna doğru hareket ederken dinein ise mikrotübülün eksi ucuna doğru hareket eder 30,35,36.

    Genel olarak kargo proteinleri ve organeller, kendilerine özgü hücresel konumlarına aktin ve mikrotübül motor proteinler tarafından taşınırlar. Polarize hücre iskeleti hattı oluşumu için, aktin filamentleri ve mikrotübüllerin organize yapılarının oluşturulması (polimerizasyonu) gerekir. Aktin filamentleri ve mikrotübüllerin organize yapılarının oluşumunun sınırlayıcı basamağı nükleasyon (çekirdek oluşumu) aşamasıdır ki bu aşamada oligomerler hızla uzayarak aktin filamentleri ve mikrotübüllerin yapımının başlamasına öncülük ederler 33,37. Aktin polimerleşmesinde nükleasyon üç aktin monomerinin (G-aktin) bir araya gelerek küçük bir aktin çekirdeği oluşturmasıyla başlar. Bundan sonra monomerler her iki uca polarize şekilde eklenerek aktin filamentlerini oluşturur. Mikrotübül nükleasyonunda ise tübülin dimerlerinden (α ve β tübülin) meydana gelen ön filamanlar boru şeklinde bir çekirdek etrafında genellikle 13’lü gruplar şeklinde organize olarak mikrotübülleri meydana getirirler 16.

    Aktin bağıntılı protein 2/3 (Arp 2/3) kompleksi ve formin ailesi proteinleri önemli ölçüde korunmuş aktin nükleasyon proteinleridir ve bu proteinlerin aktivasyonu polarize aktin hattının oluşturulmasında anahtar mekanizmadır. Arp 2/3 kompleksi var olan aktin filamentlerine bağlanarak yaklaşık 70°’lik bir açıyla yeni bir aktin filamenti sentezleyerek dendritik (dallanma gösteren) aktin filament nükleasyonunu oluşturur. Formin ailesi proteinleri ise tropomiyozinin de yardımı ile genellikle düz aktin nükleasyonunu gerçekleştirir. Formin ailesi proteinleri, formin homoloji 2 (FH2) domaini ile aktin filament nükleasyonunu gerçekleştirirken, formin homoloji 1 (FH1) domaini ile iplikçiği uzatır. Aktin nükleasyonu hücre membranı ve bu membranla ilişkili proteinlerden oluşan hücre korteksinde gözlenir çünkü nükleasyon faktörleri doğrudan (bazı forminler) ya da dolaylı olarak (Arp 2/3 kompleksi) membrana bağlı Rho ailesi GTPaz’lar (R-GTP) tarafından aktive edilir 30,38.

    Aktin nükleasyonundan farklı olarak mikrotübül nükleasyonu, genellikle hücrenin neredeyse merkezinde bulunan sentrozom ya da mikrotübül organize edici merkezler olarak adlandırılan yapıların yakınında gerçekleşir. Mikrotübül organize edici merkezler hücre polaritesini uyaran membran kaynaklı sinyalleri hücre içerisine dağıtmakta görev alırlar. Hücre polarizasyonu sırasında sıklıkla kullanılan mekanizmalardan bir tanesi kortikal faktörler tarafından gerçekleştirilen ve mikrotübülün artı ucunun kararlılığını arttıran mikrotübül sabitlemesidir 30,39.

    Kortikal sabitleme genellikle iki tip protein sınıfının karşılıklı etkileşimi ile ilişkilidir: mikrotübülün artı ucu ile ilişkili proteinler (+TIPs) ve Rho GTPaz’lar ve diğer membran yakınında görev alan proteinlerce kontrol edilen kortikal faktörler. Mikrotübül sabitleme olayı, mikrotübüllerin lokal yoğunluğu arttırır bunun yanı sıra kargoların belirli bölgelere taşınmasında araç olarak kullanılır. +TIP proteinlerinden bir tanesi de dinein proteinidir ve bu proteinde mikrotübül sabitlemesi sürecinde görev alır. Ayrıca ilkel ökaryotlarda hücre şeklinin sürekliliği yoğun şekilde paketlenmiş mikrotübül yapılarıyla sağlanır 30,40.

    Dinein ilişkili mikrotübül sabitlemesi, mikrotübül nükleasyonundan sorumlu olan mikrotübül organize edici bölgelerin konumunun belirlenmesinde önemlidir. Dinein bağıntılı mikrotübül sabitlenmesi özellikle göç eden hücrelerde ve T hücrelerinde gözlemlenir 30.

    Aktin bağıntılı hücre simetrisi kırılması hücre polaritesinin oluşumunda önemlidir. Cdc42 ve miyozin V aracılığı ile gerçekleşen aktine bağlı hücre simetrisi yıkımı mayada (S. cerevisiae) çalışılmış ve önemli veriler ortaya konmuştur. Çalışmada G1 aşamasında duraksamış ve polarize olmamış mayalarda Cdc42’nin sürekli olarak aktif kalacak şekilde uyarmasının, aktin filamantlerinin bir kutupta yoğunlaşmasına ve maya hücrelerinde spontan bir polarizasyonun meydana gelmesine neden olduğu gösterilmiştir. Çalışmada Cdc42 ya da miyozin V’in bloke edilmesinin kendiliğinden gerçekleşen hücre polarizasyonunu önlediği gösterilmiş böylece olayda miyozin V’in de etkili olduğu ortaya konmuştur 41.

    Aktin bağıntılı hücre simetrisi kırılımının önemli olduğu bir diğer süreç asimetrik hücre bölünmesidir. Örneğin C.elegans zigotunda döllenmeden hemen sonra oluşan, anterior- posterior (A-P) kutuplaşmanın gözlemlendiği bir asimetrik bölünme gözlemlenir. A-P kutuplaşması PAR (partitioning defective proteins) protein setlerinin zigotun farklı kutuplarına karşılıklı olarak yerleşmeleri ile karakterizedir. PAR3, PAR6 ve atipik protein kinaz C (aPKC) zigotun anterioruna yerleşirken, PAR1 ve PAR2 posterior kutba yerleşir. PAR3, PAR6 ve aPKC aktin filamantlerini kendine doğru çeker. Bu hareket sırasında miyozin II aktin filamentleri anterior kısma doğru hareketinde görev alır. Miyozin II’nin RNA müdahalesi ile yıkımı ve PAR3 ile PAR6 proteinlerinin yokluğunda asimetrik bölünmenin gerçekleşmemesi bu moleküllerin aktine bağlı simetri kırılmasında önemli rol oynadığının göstergesidir 5,30.

    Hücre polaritesinin stabilitesi, hücrelerin farklılaşmış yapılarının ve işlevlerinin devamlılığı için zorunludur ve hücre polaritesinin dayanıklılığı hücre tipine bağlı olarak değişir. Polarize durumun dayanıklılığını düzenlenmesi hakkında aydınlatılması gereken birçok konu olmasına rağmen, aktinin endositik işlev yoluyla dinamik bir şekilde hücre polaritesinin devamlılığına katkı sağladığı buna karşılık mikrotübüllerin ise hücre polaritesinin dayanıklılığı için önemli olduğu bilinmektedir 30.

    Dallanmış aktin ağının polimerizasyonu motor protein miyozin I ile birlikte endositik membranların içe doğru katlanmasıyla ve uzamasını kontrol eder ayrıca veziküllerin kesimine öncülük eder. Örneğin mayada, membrana bağlı proteinlerin çevrimi (recycling; çevrim, geri döngü) endositik çevrim adı verilen süreç ile gerçekleştirilir. Bu olayda aktin ağının kurulmasında görevli olan Arp2/3 kompleksi ve birçok NPF görev alır. Hücre polaritesinde endositozun gerekli olduğu, asimetrik bölünen kök hücrelerde ve epitel hücrelerinde saptanmıştır. Ayrıca C.elegans'ta yapılan bir deneyde hücre polaritesinde düzenleyici rolü olan CDC-42 ve PAR proteinlerinin membran trafiğinin düzenlenmesinde de görev aldığı gösterilmiştir 30,42.

    Mikrotübüller ise aktin filamentlerince oluşturulan polaritenin devamlılığı ve dayanıklılığında önemlidir. Örneğin epitel hücrelerinde polarizasyonun oluşumun-dan hemen sonra çarpıcı şekilde, mikrotübüller ışınsal sentrozomal düzenden sentrozomal olmayan düzene geçer ve sentrozomal olmayan düzende mikrotübüller eksi uçları apikal ve artı uçları bazal kutuplara gelecek dizilirler 30,38.

    Epitelyal kaderin (E-kaderin) ile aderens bağlantıların kurulması sentrozomal olmayan düzene geçişi tetikler ve epitelyal mikrotübül kararlığını arttırarak hücre polaritesinin dayanıklılığına katkıda bulunur. Bu süreçte aPKC, EB1 ve APC gibi moleküller polaritenin devamlılığında rol oynar30.

  • Başa Dön
  • Özet
  • Giriş
  • Sonuç
  • Kaynaklar
  • Sonuç
    Hücre iskelet bileşenleri, hücre polaritesinden sorumlu yapılar ve bunların işlevi sonucu oluşan hücre bölünme tipleri iç içe geçmiş ve aydınlatılması mutlak zorunlu bir hal almıştır. Tüm bu bileşenlere iç ve dış hücre sinyal yolakları, hücre ifadesi ve hücre morfolojisinin de çeşitliliği eklendiğinde hücre davranışının ve hücre trafik yoğunluğun ne kadar karmaşık olduğu ortaya çıkmak-tadır. Bu süreçteki tüm mekanizmasal aydınlanmalar, karsinogenezis, embriyogenezis gibi ana konularda da yeni tanımlamalara ve çözümlemelere yol açacaktır.
  • Başa Dön
  • Özet
  • Giriş
  • Sonuç
  • Kaynaklar
  • Kaynaklar

    1) Shahriyari L, Komarova NL. Symmetric vs. asymmetric stem cell divisions: An adaptation against cancer? PloS One. 2013;8(10):e76195.

    2) Yatabe Y, Tavare S, Shibata D. Investigating stem cells in human colon by using methylation patterns. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2001;98(19):10839-44.

    3) Horvitz HR, Herskowitz I. Mechanisms of asymmetric cell division: Two Bs or not two Bs, that is the question. Cell 1992;68(2):237-55.

    4) Glotzer M. Cleavage furrow positioning. J Cell Biol 2004;164(3):347-51.

    5) Cowan CR, Hyman AA. Asymmetric cell division in C. elegans: Cortical polarity and spindle positioning. Annu Rev Cell Dev Biol 2004;20:427-53.

    6) Neumuller RA, Knoblich JA. Dividing cellular asymmetry: asymmetric cell division and its implications for stem cells and cancer. Genes Dev 2009;23(23):2675-99.

    7) Lechler T, Fuchs E. Asymmetric cell divisions promote stratification and differentiation of mammalian skin. Nature 2005;437(7056):275-80.

    8) Smart IH. Variation in the plane of cell cleavage during the process of stratification in the mouse epidermis. Br J Dermatol 1970;82(3):276-82.

    9) Fuchs E, Raghavan S. Getting under the skin of epidermal morphogenesis. Nat Rev Genet 2002;3(3):199-209.

    10) Watt FM. Role of integrins in regulating epidermal adhesion, growth and differentiation. EMBO J 2002;21(15):3919-26.

    11) Blanpain C, Lowry WE, Pasolli HA, Fuchs E. Canonical notch signaling functions as a commitment switch in the epidermal lineage. Genes Dev 2006;20(21):3022-35.

    12) Le Roy H, Zuliani T, Wolowczuk I, et al. Asymmetric distribution of epidermal growth factor receptor directs the fate of normal and cancer keratinocytes in vitro. Stem Cells Dev 2010;19(2):209-20.

    13) Williams SE, Beronja S, Pasolli HA, Fuchs E. Asymmetric cell divisions promote notch-dependent epidermal differentiation. Nature 2011;470(7334):353-8.

    14) Ray S, Lechler T. Regulation of asymmetric cell division in the epidermis. Cell Div 2011;6(1):12.

    15) Teixido-Travesa N, Villen J, Lacasa C, et al. The gammaTuRC revisited: A comparative analysis of interphase and mitotic human gammaTuRC redefines the set of core components and identifies the novel subunit GCP8. Mol Biol Cell 2010;21(22):3963-72.

    16) Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd ed, ASM Press; Boston:2000.

    17) Paluch E, Heisenberg C-P. Biology and physics of cell shape changes in development. Curr Biol 2009;19(17):R790-9.

    18) Lange JR, Fabry B. Cell and tissue mechanics in cell migration. Exp Cell Res 2013;319(16):2418-23.

    19) Bischofs IB, Klein F, Lehnert D, Bastmeyer M, Schwarz US. Filamentous network mechanics and active contractility determine cell and tissue shape. Biophys J 2008;95(7):3488-96.

    20) Thery M, Jimenez-Dalmaroni A, Racine V, Bornens M, Julicher F. Experimental and theoretical study of mitotic spindle orientation. Nature 2007;447(7143):493-6.

    21) Nelson CM, Jean RP, Tan JL, et al. Emergent patterns of growth controlled by multicellular form and mechanics. Proc Natl Acad Sci 2005;102(33):11594-9.

    22) Chen CS, Alonso JL, Ostuni E, Whitesides GM, Ingber DE. Cell shape provides global control of focal adhesion assembly. Biochem Biophys Res Commun 2003;307(2):355-61.

    23) Bischofs IB, Schmidt SS, Schwarz US. Effect of adhesion geometry and rigidity on cellular force distributions. Phys Rev Lett 2009;103(4):048101.

    24) Albert Philipp J, Schwarz Ulrich S. Dynamics of cell shape and forces on micropatterned substrates predicted by a cellular potts model. Biophys J 2014;106(11):2340-52.

    25) Labouesse C, Verkhovsky AB, Meister JJ, Gabella C, Vianay B. Cell shape dynamics reveal balance of elasticity and contractility in peripheral arcs. Biophys J 2015;108(10):2437-47.

    26) Hanahan D, Weinberg Robert A. Hallmarks of cancer: The next generation. Cell 2011;144(5):646-74.

    27) David R, Luu O, Damm EW, Wen JW, Nagel M, Winklbauer R. Tissue cohesion and the mechanics of cell rearrangement. Development 2014;141(19):3672-82.

    28) Webb DJ, Parsons JT, Horwitz AF. Adhesion assembly, disassembly and turnover in migrating cells -- over and over and over again. Nat Cell Biol 2002;4(4):E97-100.

    29) Bravo-Cordero JJ, Magalhaes MA, Eddy RJ, Hodgson L, Condeelis J. Functions of cofilin in cell locomotion and invasion. Nat Rev Mol Cell Biol 2013;14(7):405-15.

    30) Li R, Gundersen GG. Beyond polymer polarity: How the cytoskeleton builds a polarized cell. Nat Rev Mol Cell Biol 2008;9(11):860-73.

    31) Lecuit T, Le Goff L. Orchestrating size and shape during morphogenesis. Nature 2007;450(7167):189-92.

    32) des Georges A, Katsuki M, Drummond DR, Osei M, Cross RA, Amos LA. Mal3, the Schizosaccharomyces pombe homolog of EB1, changes the microtubule lattice. Nat Struct Mol Biol 2008;15(10):1102-08.

    33) Barton JS, Riazi GH. Evidence for two growth steps in microtubule polymerization. Biochim Biophys Acta 1980;630(3):392-401.

    34) Goldman RD, Grin B, Mendez MG, Kuczmarski ER. Intermediate filaments: Versatile building blocks of cell structure. Curr Opin Cell Biol 2008;20(1):28-34.

    35) Ikebe M. Regulation of the function of mammalian myosin and its conformational change. Biochem Biophys Res Commun 2008;369(1):157-64.

    36) Numata N, Kon T, Shima T, et al. Molecular mechanism of force generation by dynein, a molecular motor belonging to the AAA+ family. Biochem Soc Trans 2008;36(Pt 1):131-5.

    37) Wegner A, Engel J. Kinetics of the cooperative association of actin to actin filament. Biophys Chem 1975;3(3):215-25.

    38) Bornens M. Organelle positioning and cell polarity. Nat Rev Mol Cell Biol 2008;9(11):874-86.

    39) Lansbergen G, Akhmanova A. Microtubule plus end: A hub of cellular activities. Traffic 2006;7(5):499-507.

    40) Gundersen GG, Gomes ER, Wen Y. Cortical control of microtubule stability and polarization. Cur Opin Cell Biol 2004;16(1):106-12.

    41) Wedlich-Soldner R, Altschuler S, Wu L, Li R. Spontaneous cell polarization through actomyosin-based delivery of the Cdc42 GTPase. Science 2003;299(5610):1231-5.

    42) Kaksonen M, Toret CP, Drubin DG. Harnessing actin dynamics for clathrin-mediated endocytosis. Nat Rev Mol Cell Biol 2006;7(6):404-14.

  • Başa Dön
  • Özet
  • Giriş
  • Sonuç
  • Kaynaklar
  • [ Başa Dön ] [ Özet ] [ PDF ] [ Benzer Makaleler ] [ Editöre E-Posta ]