Memeli Hücresinde Yeni Organel Keşfedildi!

Yazar: Ceyda Kalender

Editör: Tuğçe Gül Yeşilyayla

İsviçreli araştırma ekibi, daha önce varlığı bilinmeyen ve plazmid olarak adlandırılan yeni bir yapıya “exclusome (eksklüzom, Tür. Ayrıcalıklı)” adını vermiştir.

Araştırma ekibi omurgalı hücrelerinde ökaryotik hücrelerin¹ çekirdeğinin öncüsü olabilecek yeni bir hücresel bölmeyi tanımlamış ve karakterize etmiştir. Çalışma, memeli hücrelerinin kromozomunun (Hayvan ve bitki hücrelerinde çekirdek içinde konumlanmış, ipliksi bir yapı) telomerlerinden (kromozomların uçlarında bulunan farklılaşmış yapılar) kaynaklanan transfekte (tamamlayıcı) plazmid DNA (Deoksiriboz Nükleik Asit) ve endojen (iç) dairesel DNA’lar gibi ekstra kromozomal (DNA dışı kromozomlar) DNA’yı tanıdığını, kümelediğini, sıraladığını ve kromozomal DNA’dan uzak tuttuğunu ortaya koymaktadır. Bu yapı, hücrede özerk bir genom (bir organizmanın genetik yönergelerinin bütünü) savunma sisteminin olduğunu göstermektedir. [1]

Organel Nedir?

Organeller, hücre içinde yer alan kendi içinde özelleşmiş yapılardır. Vücut için organ neyse hücre için de organelin o görevi gördüğü düşünülmektedir. Bu yüzden bilim insanları “organ” sözcüğüne Fransızcadaki küçültme eki olan –el’i ekleyerek bu terimi oluşturmuştur. Bu organeller hücrede çeşitli işlevlerden sorumlu olmaktadır. Örneğin endoplazmik retikulum, sitoplazma içinde madde iletimini sağlayan kanalar sistemidir ayrıca bazı maddeleri depo eder. Lizozom ise hücre içi sindirimde görevlidir. [2]

Yeni Organelimiz Exclusome

En yeni organelimiz exclusome, hücre plazmasında yer alan bir bölmede yer almaktadır. Ökaryotik hücreler genellikle DNA’larının büyük kısmını hücre çekirdeğinde tutmaktadır.  Plazmit kromozomlardan bağımsız olarak çoğalabilen ve genellikle bakterilerde ve diğer mikroskobik organizmalarda bulunan küçük, dairesel DNA ipliklerinden oluşmaktadır. [1] [3] Yeni organelde bulunan plazmidlerin bazıları hücrenin dışından gelirken diğerleri kromozomların uçlarındaki koruyucu kapaklar olan telomerlerden gelmektedir. Dışlayıcı olarak adlandırılan bu ayrıcalıklı yeni organelimiz sıklıkla ekstra kromozomal telomerik DNA’da içerir ve hücre tarafından birkaç bölünme döngüsü boyunca korumayı sağlar. [4] Bu nedenle hücrelerin yabancı olan veya görece artık gerekli olmayan DNA’yı tanımlayabildiğini ve onu çekirdekten çıkararak hücre dışından gelen plazmidlerin yanı sıra hücre plazmasına depolayabildiğini göstermektedir. Bu şekilde hücrenin genetik bütünlüğünü koruyan koruyucu bir işleve sahip olabilir. Bu organel, istenmeyen veya yabancı DNA’nın hücre çekirdeğinden ayırt edilmesinde ve çıkarılmasında kritik rol oynamakla beraber hücreyi yabancı DNA’nın neden olduğu fizyolojik bozulmadan potansiyel olarak koruyabilecek süreçleri kapsamaktadır.[10]

Genom Bütünlüğünü Korumada Exclusome

Exclusome, bir hücrenin genetik materyalinin bütünlüğünü korumada çok önemlidir. Nöbetçi gibi çalışır, hücre çekirdeğini yabancı DNA’ya karşı tarar ve bunun hemen hızlı bir şekilde ortadan kaldırılmasını sağlar. Bu sürecin sonuçları istenmeyen genetik materyalin ortadan kaldırılmasının ötesine gitmekle beraber exclusome ayrıca hücresel immünolojik (bağışıklık) hafızada da önemli bir rol oynayabilir ve potansiyel olarak bir “enfeksiyon yanılsaması” yaratarak bir bağışıklık yanıtı oluşturabilir. Bu özelliği ile otoimmün (özbağışıklık) tepkilere katkıda bulunabilir, hücresel fonksiyon ve genel sağlık üzerindeki etkisini gösterebilir. [5]

Keşfi yapan İsviçreli araştırma ekibi, exclusome’daki DNA sarmallarına tutunmasında ise uzun süreli bir enfeksiyon sanılmasına yol açabileceğinin ön görmekle beraber bu yapının otoimmün hastalıklarla ilişkili olabileceğine ve hücre çekirdeklerinin nasıl evrimleştiğini anlamlandırmada öncül olabileceğini söylemektedir. Bu enfeksiyonlara takiben tip 1 diyabet², MS (multiple skleroz)³, sedef hastalığı⁴, Lupus hastalığı⁵, romatoid artrit⁶ ve Behçet hastalığı⁷ gibi rahatsızlıklara da davetiye çıkarmaktadır.

Araştırma ekibinden Ruth Kroschewski, “Vücudumuz sorunun hâlâ devam ettiğine dair sinyal alıyor, Lupus hastalığı gibi otoimmün tepkileri kolaylaştırabilir.” diyerek organel hakkında bilgiler vermiştir. [6]

Exclusome aynı zamanda bize evrimin bir kalıntısı yönünde olduğunu da göstermektedir:

• İlk ökaryotik hücrelerin erken bir bakteri formunun bir bakteriye benzer tek hücreli bir organizma ile kaynaşmasından kaynaklandığı çoğunlukla anlaşılmaktadır.
• İki farklı organizmadan gelen halka şeklindeki DNA’ların organize edilmesi ve bozulmaya karşı korunması gerekir.

• Evrim ilerledikçe DNA sarmallarının otomatik olarak bir zar zarfı içine alınmasını sağlayan bir mekanizma gelişerek bu yeni keşfedilen organel sayesinde ayrıcalık kazanmasını sağlamaktadır.
• Exclusome zarfı hücre çekirdeğininkine benzese de bu ayrıcalıklı zarf, nükleer zarfta⁸ yalnızca oluşumunun erken aşamalarında görülebilen boşluklara sahip olmaktadır.
• Nükleer zarf durumunda, bu boşluklar zamanla kapanır veya özel gözenek proteinleri ile doldurulmaktadır.
• Kroschewski, “Belki de exclosome bir hücre çekirdeği üretmeye yönelik ilk girişimdir” diyerek durumu açıklamaktadır. [7]

Bu yeni organelimiz bilim insanlarının hücresel işlevi yöneten karmaşık mekanizmaları anlamaya bir adım daha yaklaştırmakla beraber İmmünoloji, Genetik ve Hücresel Biyoloji alanlarındaki araştırmalar için yeni betimlemeleri bizlere açıklamaktadır.

Bu organelin DNA sarmallarına da bağlandığı tespit edilmiştir. Bunu yaparken muhtemelen hücreleri inflamatuar⁹ haberci maddeler üretmeye ve serbest bırakmaya teşvik eden bir sinyal kaskadını¹⁰ tetikleyerek vücuda, virüs gibi bir bağışıklık tepkisini gösteren bir patojenle ilgili bir sorun olabileceğini belirtmektedir.

Bağışıklık sistemi bozuklukları, kanser ve nörodejeneratif hastalıklardaki¹¹ bozulmalar hücresel sinyal iletimindeki bozukluklardan kaynaklanmaktadır. Hücresel sinyal iletiminin hücrenin çevresiyle alışverişinde exclusome bu hastalıklar üzerinde de bilgi sahibi ve tedavi adına önemli bir keşiftir. Araştırmacı, “Vücut, sorunun hâlâ orada olduğu sinyalini almaya devam ediyor” demektedir. Bu, bağışıklık sisteminin inflamatuar haberciye cevap vermekten başka seçeneği olmadığı anlamına gelir. Kroschewski, “Proenflamatuar sinyal kaskadı (inflamasyon yükseltici kaskad) azalmaz aksine devam eder, bu; sistemik lupus eritematozus¹² gibi otoimmün tepkileri kolaylaştırabilir” diye açıklıyor. Kroschewski, “Sadece kromozomal DNA’nın tam olarak oluşturulmuş bir nükleer zarf içinde kaplanacak kadar iyi olduğu ve kromozomal DNA’nın olmadığı düşünülüyor” demektedir. [8] Dışardan halka şeklindeki DNA ve kromozom uçlarından dizilim ile kendi kendine yapılan plazmitlerde bu özellik görülmemektedir. Tabii ki de bu özelliğin ne olduğunu henüz bilinmemekte olup ETH (Zürih’te Araştırma Merkezi) biyologları ve ekibi plazmit DNA’sındaki hücresel değişiklikleri inceleyerek ve exclusome’u yakından tanımlayarak araştırmalarına devam etmektedir. [9]

Referanslar
[1] Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2023). Molecular Biology of Cell. Molecular Biology of Cell, 23(4), E23-04-0118. https://doi.org/10.1091/mbc.E23-04-0118
[2] Martinez-Arca, S., Rudge, R., Vacca, M., Raposo, G., Camonis, J., Proux-Gillardeaux, V., ... & Antonin, W. (2013). A dual mechanism controlling the localization and function of exocytic v-SNAREs. Current Biology, 23(7), 671-678. https://doi.org/10.1073/pnas.1431910100https://doi.org/10.1016/j.ceb.2013.06.001
[3] Kurt, R. (2004). Ciltten izole edilen stafilokokların antibiyotik duyarlılıkları, β-laktamaz aktiviteleri ve plazmid DNA içerikleri. Türk Hijyen ve Deneysel Biyoloji Dergisi, 61(1-3), 15-22.
[4] Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2023). Molecular Biology of Cell. Journal Name, Volume Issue), Sayfa Aralığı. https://doi.org/10.1091/mbc.E23-04-0118 
[5] Schenkel, L., Wang, X., Le, N., Burger, M., & Kroschewski, R. (2023). Özel bir sitoplazmik kap, kromozom dışı DNA'yı memeli çekirdeğinden uzakta toplar. Hücrenin Moleküler Biyolojisi, 34(11), ar105.
[6] Molecular Biology of Cell. (2023). Molecular Biology of Cell. 23(4), E23-04-0118. 
[7] Rüegg,P. (October 2, 2023). Cell biologists identify new organelle present in mammalian cells made of rings of DNA. Phys.Org. https://phys.org/news/2023-10-cell-biologists-organelle-mammalian-cells.html
[8] Beaudouin, J., Gerlich, D., Daigle, N., Eils, R., & Ellenberg, J. (2002). Nükleer zarfın bozulması, laminanın mikrotübül kaynaklı yırtılmasıyla ilerler. Hücre. 108, 83-96
[9] Schenkel, L., Wang, X., Le, N., Burger, M., & Kroschewski, R. (2023). A dedicated cytoplasmic container collects extrachromosomal DNA away from the mammalian nucleus. Molecular Biology of the Cell.https://doi.org/10.1091/mbc.e23-04-0118
[10] Schenkel L, Wang X, Le N, Burger M, Kroschewski R. A dedicated cytoplasmic container collects extrachromosomal DNA away from the mammalian nucleus. MBoC. 2023;34(11):ar105. doi: 10.1091/mbc.E23-04-0118
[11] Knoll AH (1992). The early evolution of eukaryotes: A geological perspective. Science. Cilt 256. ss. 622-27.,
[12] World Health Organization, Department of Noncommunicable Disease Surveillance. (1999). Definition, Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus and its Complications.
[13] Compston, A., & Coles, A. (Ekim 2008). "Multiple sclerosis". Lancet, 372(9648), 1502–1517. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(08)61620-7. PMID: 18970977. S2CID: 195686659,
[14] Şen, Ş. (2023). Sedef Hastalığı Güçlendirme Ölçeği Geçerlik-Güvenirlik Çalışması [Psoriasis Empowerment Scale Validity-reliability Study]. (Doktora tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi, Türkiye). ProQuest Dissertations Publishing. (Dissertations Number: 30456170).
[15] Aydın, S. G., & Esen, B. A. (2018). Sistemik lupus eritematozus'da hastalık aktivitesinin değerlendirilmesi ve aktivite indeksleri. RAED Journal / RAED Dergisi, 10(1), 6. https://doi.org/10.2399/raed.18.72792
[16] Majithia, V., & Geraci, S. A. (2007). Department of Medicine, University of Mississippi School of Medicine, Jackson, Miss; Medical Service, G.V. (Sonny) Montgomery Veterans Affairs Medical Center, Jackson, Miss. [30 Ekim 2007].
[17]Aytuğar, E., & Namdar Pekiner, F. (2011). Primary Language: Turkish. Journal Section: Articles. Published in Issue: Year 2011 Volume: 1 Issue: [Çevrimiçi yayın tarihi 31 Ocak 2014; Gönderim tarihi 1 Kasım 2013].
[18] Khan Academy. (N.d). Intracellular signal transduction. AP Biology: Cell communication and cell cycle. https://tr.khanacademy.org/science/ap-biology/cell-communication-and-cell-cycle/changes-in-signal-transduction-pathways/a/intracellular-signal-transduction
[19] Erdemci, F., Aşır, F., & Taş, F. (2022). Nörodejeneratif hastalıklar ve histopatolojik özellikleri. In F. Erdemci & F. Aşır (Eds.), Sağlık & Bilim 2022: Güncel Tıp-IV (s. 299). EFE AKADEMİ.

[20] Borchers, A. T., Naguwa, S. M., Shoenfeld, Y., & Gershwin, M. E. (2009). The geoepidemiology of systemic lupus erythematosus. Autoimmunity Reviews. https://doi.org/10.1016/j.autrev.2009.12.008

1. Karmaşık veya birçok hücreden oluşan canlılardır. Zarla çevrili organelleri ve belirgin bir çekirdeği bulunan gelişmiş yapıya sahip hücrelere ökaryot hücre denir [11]. ↩︎
2. Pankreas tarafından ya çok az ya da hiç insülin üretilmeyen bir diyabet şeklidir. Tedavi edilmemesi vücutta yüksek kan şekeri seviyesine neden olur. [12] ↩︎
3. Beyindeki ve omurilikteki sinir hücrelerinin yalıtım kaplamalarının hasar gördüğü bir otoimmün hastalıktır. Bu hasar, sinir sisteminin bazı bölümlerinin sinyal iletme yeteneğini bozar ve fiziksel, zihinsel ve bazen psikiyatrik sorunlar da dahil olmak üzere bir dizi belirti ve semptomla sonuçlanır. [13] ↩︎
4. Cilt hücrelerinin normalden birkaç kat daha hızlı çoğalmasına neden olan kendi bağışıklık sisteminde oluşan bir cilt bozukluğudur. Ciltte beyaz pullarla kaplı engebeli kırmızı lekeler görülmeye başlanır. [14] ↩︎
5. Vücudun bağışıklık sisteminin aşırı aktif durumuna geldiği ve normal, sağlıklı dokulara saldırdığı kronik bir otoimmün hastalıktır [15] ↩︎
6. İltihaplı romatizma, eklem romatizması, kronik bir enflamatuvar bozukluktur. Bu bozukluk bazı bireylerde cilt, gözler, akciğerler, kalp ve kan damarları da olmak üzere çok çeşitli vücut sistemlerine zarar verebilir. [16] ↩︎
7. Vücudun farklı yerlerindeki kan damarlarının iltihabına neden olan ve nadir görülen kronik bir hastalıktır. Vücudun bağışıklık sistemindeki bir bozukluk nedeniyle enfeksiyon belirtileri göstermesi şeklinde gelişir. [17]
   ↩︎
8. Çekirdek zarı ↩︎
9. Bağışıklık sistemi üzerinden tahriş edici ajanlara karşı vücudun verdiği tepki. ↩︎
10. Ing. Signal cascade veya sinyal yolu olarak da bilinen biyokimyasal bir kaskad, bir uyarıcı tarafından başlatıldığında biyolojik bir hücre içinde meydana gelen bir dizi kimyasal reaksiyondur. Biyokimyasal kaskadların çoğu, bir olayın diğerini doğrusal bir şekilde tetiklediği olaylar dizisidir. [18] ↩︎
11. Beyindeki hücrelerin parçalandığı ve insanların nasıl hareket ettiği, düşündüğü, hissettiği ya da davrandığı ile ilgili sorunlara neden olduğu durumlardır. Nörodejeneratif bozukluklar beyindeki hücre ölümü ile ilişkilidir. [19] ↩︎
12. Vücutta pek çok organı etkileyen romatizmal ve otoimmün bir hastalıktır. Yüzde kelebek şeklinde kırmızı bir döküntü ile belirgindir ve halk arasında kelebek hastalığı olarak bilinir. Bağışıklık sistemi hatalı çalışarak kendi hücrelerini yabancı madde olarak algılar. Vücutta önemli bir yapı taşı olan kollajene ve bağışıklık sistemine saldırır. [20]
      ↩︎