Hücre Proçesleri
Mitoz
Hücre bölünmesi veya mitoz, bir hücrenin kendisini iki kopya ile değiştirdiği süreçtir. Mitoz bölünme sırasında bir hücre iki özdeş yavru hücreye bölünür - hücre bölünmesinden sonra ana hücre kalmaz. İnsan, gelişim sırasında tek bir hücreden 30 trilyon hücreye dönüşür, bunun için, çok sayıda mitoz bölünme meydana gelir. Bu cümleyi okumanız için geçen süre içinde, vücudunuzdaki birkaç milyar hücre, ölen hücrelerin yerini almak üzere mitoz bölünme geçirecektir. Bir hücre mitoz geçirmediğinde, interfaz evresine olduğu söylenir. İnterfaz evresi, bir hücrenin lif salgılamak gibi veya mitoz bölünmeye hazırlanmak gibi işlerini yaptığı evredir. Mitoz bölünmenin gerçekleşebilmesi için, bir hücrede, her şeyin yaklaşık iki katının bulunması gerekir. Mitoz bölünme sırasında, her şey iki yeni yavru hücre arasında ikiye bölünür.
Tüm hücreler mitoz bölünme yeteneğine sahip değildir - aslında, bir yetişkindeki çoğu hücre diferansiye olmuştur. Bu diferansiye olmuş olan hücreler, çok meşgul olduklarından mitoza fırsat bulamazlar. Bu farklılaşmanın son haddinde olan hücrelerin, hücre döngüsünden çıktığını söylüyoruz.
Hasarları onarmak için dokularda kök hücreler bulunur. Bir kök hücre, bölünme ve bir veya daha fazla farklı hücre türüne farklılaşma yeteneğine sahip olan, diferansiye olmamış bir hücredir. Yetişkin bir kök hücre iki yavru hücreye bölündüğünde, yavrulardan biri tipik olarak kök hücre olarak kalır ve diğeri başka bir hücreye diferansiye olur. Bu nedenle bir doku, kök hücreler mitoz bölünme geçirmeden önce ölmediği sürece, kök hücrelerin istikrarlı bir şekilde tedarik edilmesini sağlar. Yaşlandıkça, bazı kök hücreler, kendilerini yenileyemeden öldükleri için dokularımız -yaşlandığımızda- o kadar iyi iyileşmez. Erken gelişimden sonra, bir kök hücre öldüğünde, yok olur. Başka bir kök hücre, kendisinin yerini alacak iki kök hücresi üretmek için mitoz geçirmez.
Kök hücreler, potansiyel olarak kaç farklı hücre türüne diferansiye olabileceklerine göre adlandırılırlar. Ağız epitelinin uni-potent kök hücreleri, keratinositlere dönüşür ama yalnızca keratinositlere dönüşür. Multi-potent nöro-mezenkimal kök hücreler, odontoblastlara, sementoblastlara, fibroblastlara ve osteoblastlara diferansiye olur (ve kısmen farklılaştırılmış olarak adlandırılabilir). Omni-potent döllenmiş yumurta, bir insandaki her hücreye ve daha fazlasına dönüşür.
İnterfaz evresinden geçmek ve başka bir mitoz döngüsüne hazırlanmak için hücreler, bir dizi hücre döngüsü kontrol noktasından geçer. Kontrol noktaları, -doğru miktarda doku büyümesinin gerçekleşmesini sağlamaya yardımcı olan- hücre bölünmesi için temel hızı belirler. Bu bir kum saati gibidir, ancak tabanda biriken kum taneleri yerine, siklin proteinleri üzerinde biriken fosfat kalıntıları vardır. Siklinler, -mitoz döngüsü için- kontrol noktası boyunca ilerlemeye izin veren genleri aktive eden transkripsiyon faktörleridir. Onların aktiviteleri fosforilasyon ile düzenlenir (Siklin bağımlı kinaz veya CDK adı verilen enzimler tarafından gerçekleştirilir). Bu sürecin hızı, büyüme faktörleri gibi dış sinyallerle hızlandırılabilir veya yavaşlatılabilir. Büyüme faktörleri, bir dokunun zemin maddesine(ground substance) salgılanan hormonlardır. Zemin maddesinin yoğunluğu ve yapışkanlığı, büyüme faktörünün ne kadar uzağa yayılacağını etkiler. Difüzyon sınırlıysa, büyüme faktörü, sadece lokalize bir alanda hücre bölünmesini hızlandırır. Bu, diş gibi yeni organların oluşumunda ve kemik ve periodontal ligament lifleri gibi dokular için önemlidir. Diğer büyüme faktörleri, özellikle kan dolaşımına salgılanırlarsa, geniş bir alana yayılabilirler. Örneğin büyüme hormonunun kana salgılanması, farklı organların aşağı yukarı aynı hızda büyümesini sağlar.
Bir büyüme faktörü geninde veya bir büyüme faktörü reseptöründe meydana gelen mutasyon, fonksiyon kazanımına(gain-of-function) yol açabilir. Bir gendeki mutasyon, bir hücrenin hücre döngüsünden geçmesi için sürekli bir devam sinyali almasına neden oluyorsa, mutasyona uğramış geni onkojen olarak adlandırırız. Bu ders dizisinde, Wnts'in baş ve diş gelişimindeki rolünü ele alacağız, ancak Wnts ilk olarak, kansere neden oldukları için keşfedildi. Bir onkojenin işlev kazanması için sadece bir mutasyona uğramış kopyası yeterlidir. Bazı mutasyonlar proteinlerin fonksiyonunu durdurabilir. Bu proteinler hücre döngüsünden geçmek için gerekliyse, bunlara tümör baskılayıcı genler diyoruz. Bir tümör baskılayıcı gen örneği, normalde G1 fazından S fazına ilerlemeyi durduran Retinoblastoma proteinidir (pRb). Bir hücrenin bir hücre döngüsü kontrol noktasında durma yeteneğini kaybetmesi için, bir tümör baskılayıcı gen alellerinin her iki kopyasının da mutasyona uğraması gerekir. Bu konuda bir metafor yardımcı olabilir; Arabanızda gaza çok sert basmak için bir ayağınızı kullanmanız gerekir, ancak frene basamamak için iki ayağınızın da eksik olması gerekir (loss-of-function). Genellikle kanserler, tek bir hücrenin birden fazla onkojen ve birden fazla tümör baskılayıcı gen aleli çiftinde mutasyon geçirmesiyle oluşur. Bir alel, iki homolog kromozom üzerinde aynı konumda bulunan bir genin iki kopyasından biridir. Tüm bu mutasyonlar tek bir hücrede meydana gelse bile, bir sonraki bölümde ele alınan başka bir koruma katmanı daha vardır.
Apoptoz
Tüm hücreler, programlanmış hücre ölümüne veya apoptoza uğramalarını sağlayan bir grup hücre yüzeyi reseptör proteini ve hücre içi enzim içerir. Programlanmış hücre ölümü çok hücreli yaşam için kritik öneme sahiptir. Programlanmış hücre ölümü olmasaydı; vücudumuz hızla yaşlı, işlevsiz hücrelerle dolardı. Daha da kötüsü, hücreler öldüğünde (epitel ve kan hücrelerinin ömrü sadece haftalardır) lizozom ve mitokondrilerinin içeriğini serbest bırakırlar. Bu organellerin içeriği asidiktir ve komşu hücrelere zarar veren veya onları öldüren sindirim enzimleri içerir. Sonuç olarak, komşu hücreler ölürse, onlar da lizozomal ve mitokondriyal içeriklerini serbest bırakarak daha fazla hasara neden olurlar. Bu durum insan vücudunda gerçekleştiğinde, doku nekrozu olarak adlandırılır. Hepsi bu kadar değil, ölü bir hücre DNA püskürtür ve DNA uzun, sicim gibi ve yapışkandır. Bu, diğer hücreleri hapsedebilir ve düzgün bir şekilde göç etmelerini engelleyebilir. DNA püskürtmek bakterileri yakalamak ve öldürmek için harikadır, tabii püskürten hücrenin bu süreçte ölmeyi umursamadığını varsayarsak. Fakat bunu yanlışlıkla yan komşu insan hücrelerine yapmak iyi bir şey değildir. Bu, periodontal enfeksiyonun periodonsuyumun yok olmasına nasıl yol açabileceği ile ilgilidir, ancak doğrudan yok olmaya sebep olmaz.
Hücre ölümünün daha fazla hücre ölümüne yol açtığı pozitif geri besleme döngüsünden kaçınmak için, hücrelere apoptoz geçirmeleri talimatı verilebilir. Bu durumun ortaya çıkma nedenleri; hücrelerin ömürlerinin sonuna gelmeleri, bağışıklık sisteminin hücrelerin enfekte veya kanserli olduğunu belirlemesi, hücrelere artık ihtiyaç duyulmaması. Apoptoz; bir hücrenin ölmeden önce lizozomlarının ve mitokondrilerinin pH'ını nötralize etmesini ve DNA'sını güvenli, küçük parçalara ayırmasını sağlar.
Apoptoz özellikle embriyonik gelişim sırasında önemlidir. Gelişim sırasında ihtiyaç duyulandan daha fazla hücre üretilir. Daha sonra ekstra hücreler organize bir şekilde ortadan kaldırılır. Bu durum, büyük bir binanın inşasında önce iskele kurulmasına ve projenin sonuna doğru iskelenin kaldırılmasına benzer. Yara onarımı süreci de hücrelerin aşırı üretimini ve ardından organize bir şekilde gereksiz hücrelerin ortadan kaldırılmasını içerir. Bu ders dizisi süresince, bu durumun mantığını öğreneceksiniz. Yara iyileşmesinde embriyonik gelişimin tekrarladığını söylenebilir.
Apoptoz süreci, ya dahili ya da harici bir sinyal ile başlar. İç sinyaller arasında, bir hücrenin DNA'sının çok fazla mutasyona uğraması veya mitoz bölünme sırasında tek sayıda kromozom olması yer alır. Alternatif olarak, bir hücreye RANKL(Tümör Nekroz Faktörü (TNF) sinyal molekülleri ailesinin bir üyesi) gibi hücre dışı(bir sitokinden) bir sinyalden apoptoz geçirmesi talimatı verilebilir. RANKL bir trans-membran protein reseptörünü aktive eder, bu da kaspaz adı verilen bir dizi enzimi aktive eder, bu da asitlerin nötralizasyonuna, DNA'nın tahrip olmasına ve hücrenin çok sayıda küçük parçaya patlamasına neden olur. Bu parçalar makrofajlar tarafından kolayca temizlenebilir (Diğer hücreler apoptoza başladığında RANKL tarafından uyarılır).
Hücre Bağlantıları
| Hücre bağlantılarının türleri | Örnekler |
| Hücreden hücreye | Dezmozomlar, sıkı bağlantılar, gap junction’lar, hücre adezyon molekülleri |
| Hücreden ECM’ye | Hemi-dezmozomlar, hücre adezyon molekülleri |
Bağlantı noktaları, hücre yüzeyinde veya hücre yakınında bulunan ve diğer yapılarla bağlantı kuran özelleşmiş protein gruplarıdır. Bu bağlantılar, yukarıdaki tabloda listelendiği gibi, bir hücreden diğer hücrelere veya ECM'ye olabilir. Hücre-ECM temasları hücre migrasyonu için çok önemlidir. Hücreden hücreye temaslar, bir hücrenin hücre yüzeyindeki reseptörlerin başka bir hücredeki moleküllere bağlanmasını sağlar ve bu da çok erken gelişimde çoğu hücresel iletişimin temelini oluşturur.
Dezmozomlar
Dezmozomlar ayrıca, makula adherens olarak da bilinir.
Desmozom adı verilen hücreler arası bağlantılar (ankraj bağlantıları), iki hücre arasındaki güçlü bağlantılardır. Desmozom proteinleri eşleşir ve bir hücrenin hücre iskeletini komşu hücreye bağlar. Bu bağlantı noktalarıyla birbirine tutturulmuş büyük bir hücre grubu, aralarında bu bağlantı kurulmamış kendi başına hücrelerden çok daha güçlüdür. "Tek bir dal kırılır, ama dal demeti güçlüdür."
Hemi-desmozomlar, ECM'ye tutturulmuş yarım bir dezmozomdan oluşur ve dişlerdeki hücrelerarası epitelyum ile hücresel olmayan yüzey arasındaki bağlantı gibi bazı özel hücresel yapıların oluşumunda görev alır. Desmozomdaki birçok proteinden biri de integrindir. Bu protein ECM'deki fibronektin gibi proteinleri tanır ve bunlara bağlanır. Bir hücrenin integrin proteini fibronektine bağlandığında, bu iki önemli şey yapar: İlk olarak, hücrenin hücre iskeletini ECM'ye bağlar ve hücreyi yerine sabitler. İntegrinler ayrıca hücrenin içine (yani çekirdeğine) sinyal göndererek çekirdeğin, hücrenin konum olarak ne tür bir dokuda bulunduğunu bilmesini sağlar.
Bir hücrenin başka yeni bir yere göç edebilmesi için önce dezmozom bağlantılarını gidermesi gerekir. Gelişim boyunca, hücreler sıklıkla yeni yerlere göç eder ve yeni yapılar oluşturur. Yara iyileşmesi sırasında kök hücreler komşularından ayrılır, yaralı bölgeye göç eder ve hasarlı dokuyu onarmak veya değiştirmek için daha fazla hücre oluşturmak üzere mitoz bölünme geçirir.
Sıkı Bağlantılar
Sıkı bağlantılar, hücreler arasındaki -dezmozomlara göre- daha küçük bağlantılardır. Sıkı bağlantılar, halka şeklinde, bir hücrenin üst yüzeyini tamamen çevreler ve o hücre ile başka bir hücre arasında su geçirmez bir mühür oluşturur. Çok sayıda hücre, bu şekilde birleştiğinde, vücudun bir bölümü ile diğeri arasında bariyerler oluşturarak hücrelerin neyin karşıya geçip neyin geçmeyeceğini düzenlemesine olanak tanır. Bu aynı zamanda hücrelere, bir epitel için özellikle önemli olan apikal-bazolateral polarite (veya üst ve alt arasında diferansiyon) kazandırır. Granüllü ER üzerinde sentezlenen proteinler hücre zarlarının apikal ya da bazolateral kısmına gönderilebilir. Bu noktaya gelindiğinde, hücrenin apikal tarafındaki trans-membran proteinler bazolateral taraftaki hücre membranına difüze olamaz, çünkü sıkı bağlantı halkası bunların hareketini engeller.
Gap Junction'lar
Gap junction'lar, hücreler arasında küçük bir geçit oluşturan ve açılıp kapanabilen bir grup proteindir. Bu boşluk, hücrelerin birbirleriyle doğrudan iletişim kurmasını sağlar. Epitel hücrelerinin birbirlerine bağlanma şekli nedeniyle -bir tabaka halinde- bu iletişim bir düzlem boyunca gerçekleşir. Bu, hücrelerin vücudun eksenlerinden birine göre konumlarını bilmelerinin bir yoludur ve düzlemsel hücre polaritesi (PCP) adı verilen bir süreçtir. Düzlemsel hücre polaritesi, yandan yana polarite iken; apikalden bazolaterale polarite, yukarıdan aşağıya doğrudur. Düzlemsel hücre polaritesi, hücrelerin vücutta hangi yöne baktıklarını bilmelerini sağlayarak oluşturdukları yapıların sadece doğru yerde değil, aynı zamanda doğru yönde olmasını sağlar. Örneğin, düzlemsel hücre polaritesi, dişlerin ağız boşluğuna açılı bir şekilde değil, dik bir şekilde çıkmasına yardımcı olur.
Hücre Adhezyon Molekülleri
Hücreler, mikroskop altında görünmeyen proteinleri kullanarak diğer hücrelere (aynı tip hücrelere) yapışabilir. Bunlar toplu olarak, integrinleri de içeren hücre adezyon molekülleridir (CAM'ler). Bu trans-membran proteinler ECM proteinlerine veya aynı tipteki diğer CAM'lere yapışır. Örneğin, Nöronal CAM (NCAM) sadece NCAM'a bağlanır, Endotelyal CAM'a (ECAM) bağlanmaz. Bu hücre adezyon molekülleri, sadece hücreleri doğru hedefe yapıştırmakla kalmaz, bağlantılar yapıldığında çekirdeğe sinyal göndererek diferansiyasyonu da tetikleyebilir. Dahası, bazen bırakmak da en az bağlı kalmak kadar önemlidir. CAM'ler, şu durumlarda hücre göçü için gerekli olan bağlanma kaybını düzenler; gastrulasyon gibi önemli gelişimsel süreçler sırasında, yaşamın ilerleyen dönemlerinde yara iyileşmesi sırasında.
Sinyal İletimi Kaskadı
Gelişim sırasında hücreler arasında çok fazla iletişim vardır. İki veya daha fazla hücrenin iletişim kurabilmesi için bir hücrenin büyüme faktörü veya morfojen molekülü gibi bir sinyal salgılaması gerekir. Bu sinyaller, genellikle zemin maddesi boyunca yayılan küçük moleküllerdir veya zemin maddesinin bir parçası haline gelen daha büyük moleküllerdir. Bu sinyaller, reseptör adı verilen trans-membran proteinlere bağlanır. Reseptör daha sonra bir dizi hücre içi sinyali, genellikle de enzimleri aktive eder (bir sinyal iletimi kaskadı). Gelişim sırasında, bu hücre içi sinyaller transkripsiyon faktörlerini aktive veya inhibe eder veya DNA metilasyonunu değiştirir, bu da gen transkripsiyonunu değiştirir ve bu da hücrenin akibetini değiştirir.
Yaşamın ilerleyen dönemlerinde, bazı hücreler hücreden hücreye iletişim konusunda oldukça spesiyal hale gelir. Örnekler: sinapslar boyunca nörotransmitter salgılayan nöronlar, kan dolaşımına hormon salgılayan endokrin bezleri ve kan dolaşımına sitokin salgılayan bağışıklık hücreleri. Ancak bu ders dizisinde, hücre sinyalizasyonunun daha az spesiyal hale gelmiş formları hakkında bilgi verilecek. Sinyaller basit olabilir, ancak embriyolar gibi küçük organizmalar için mükemmel şekilde çalışır. Ayrıca, embriyonik gelişim sırasında sinapsların ve dolaşım sisteminin oluşumunu yönlendirmek için sinyalizasyon olması gerekir.
Sonraki Ders: Hücre Biyolojisi İncelemesi Özeti
Yorumlar
Yorum Gönder