organel - Tıpacı

Her bir dokusu ve organı, o organın görev ve işleyişini sürdürebilen, gerçekleştirebilen birbirinden farklı hücrelerden oluşmuştur. Ancak her ne kadar farklı olsalar da, temelde aynı organelleri bulunduran hücrelerimiz, çoğunlukla farklı genleri aktifleştirdikleri, inaktifleştirdikleri, bir takım genlerden daha fazla veya daha az protein sentezledikleri için birbirlerine göre farklılaşırlar. Elbette bu özet hücrelerin birbirinden farklılıklarını bütün detayları ile anlatmıyor, keza bu yazıda ökaryot tüm hücrelerde ortak olarak var olduğunu düşündüğümüz mitokondri ile ilgileneceğiz.

Tüm hayvanlar, tüm bitkiler, mantarlar ve birçok mikroskobik canlı ökaryot hücrelerden oluşur. Ökaryot hücre tipi ise diğer bir hücre tipi olan prokaryot hücre tipinden, zarlı organeller bulundurabilmesi ve bulundurması bakımından ayrılmaktadır. Mitokondri, lizozom, hücre çekirdeği ve kloroplast bunlardan yalnızca birkaç tanesidir. Bitki, hayvan ve mantar hücreleri bahsi geçen tüm zarlı organelleri ortak olarak bulundurmazlar. Hayvan hücrelerinde örneğin; bitkilerde bulunan kloroplast organeli bulunmaz. Buna karşılık mitokondrinin tüm ökaryot hücrelerde ortak olarak bulunduğunu düşünürken, yeni bir araştırmada mitokondrisinden kurtulmuş ilk ökaryot canlı keşfedildi.

Mitokondri olmadan yaşamayacaklarını düşündüğümüz ökaryot hücreler ve ökaryot hücrelerden oluşan canlılar açısından bakıldığında keşfin önemi daha iyi anlaşılabilir. Hücrenin enerji santrali gibi çalışan mitokondri organelinin, erken evrimsel süreçte bazı hücre yapılarının içine girmiş bakterilerin kalıntıları olduğu çok geniş bir kitle tarafından öne sürülmektedir. Bu yönden ökaryot hücrelerin bir anlamda imzası olduğunu düşündüğümüz bu organelin, aslında sanıldığı kadar zorunlu olmayabileceği görülmüş oldu. Daha önceleri de araştırılan -mitokondrisiz ökaryot hücrelerin varlığı- konusu için bugüne kadar başarılı bir örnek bulunamamıştı.

Yapılan araştırmada, araştırmacılardan birine ait olan bir çinçillanın (amerika tavşanı) bağırsaklarından elde edilen Monocercomonoides cinsinden mikrobik bir canlı test edildi. Bütün genomu dizilenen canlının araştırılmasının sebebi ise, daha önceden de mitokondrilerinden kurtuldukları düşünülen cinse ait olmasıydı.

Genomu dizileyen ve inceleyen araştırma ekibi, mitokondrilerin kendine has olan DNA’lara sahip organeller olmalarına bakarak mitokondriyel genlerin varlığına dair izler aradı ve genomda buna dair bir ize rastlanmadı. Daha detaylı incelemeler, canlının genomunda mitokondrinin düzgün işlemesini sağlayacak kilit bir takım proteinlerin de eksik olduğu görüldü.

Monocercomonoides‘in, bizzat zarar vermediği bağırsakta yaşadığı için mitokondriye ihtiyaç duymuyor olabileceğini öne sürülüyor. Burada kendisi için de besin bol bulunmasına rağmen, mitokondrinin enerji üretiminde kullanacağı oksijen son derece az olabiliyor. Dolayısıyla Monocercomonoides, mitokondri yerine hücre içinde bulunan ve besinleri parçalayarak enerji üretmelerini sağlayan enzimler sayesinde yaşamını sağlıklı olarak sürdürebiliyor. Bununla birlikte, bu cins mitokondrinin diğer bir görevi olan proteinlerin sağlıklı enzimler olarak çalışmalarını sağlayacak olan yardımcıları (demir ve sülfür gibi) kümeler halinde sentezlemesinden de mahrum kalmış oluyor. Yapılan ileri incelemeler Monocercomonoides türünün, bu konuya aynı fonksiyonu gösteren bir takım bakteriyel genleri bünyesine katarak bir çözüm getirdiği görüldü.

Çığır açıcı nitelikteki bu araştırma Current Biology‘de tüm detayları ve sonuçları ile yayımlandı.

Kaynak :

Bilimfili,
Anna Karnkowska, Vojtěch Vacek, Zuzana Zubáčová, Sebastian C. Treitli, Romana Petrželková, Laura Eme, Lukáš Novák, Vojtěch Žárský, Lael D. Barlow, Emily K. Herman, Petr Soukal, Miluše Hroudová, Pavel Doležal, Courtney W. Stairs, Andrew J. Roger, Marek Eliáš, Joel B. Dacks, Čestmír Vlček, Vladimír Hampl A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle Current Biology DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.053

600 milyon yıldan fazla bir süre önce tek bir mutasyon gerçekleşti ve bu rastgele olay ile tek hücreli atalarımızın, organize ve çok hücreli organizmalar oluşturmalarını sağlayan yeni bir protein fonksiyonu ortaya çıktı. University of Oregon’dan biyokimyacı Ken Prehoda’nın laboratuvarında yürütülen bir takım moleküler ‘zaman yolculuğu’ çalışmaları ile üretilen senaryo bu.

Mutasyon ve mutasyonun protein interaksiyonlarında sebep olduğu değişiklik detayları ve sonuçları ile birlikteeLife’ta yayımlandı.

Araştırma bilim insanlarının kafasını kurcalamakta olan evrimle ilgili bir takım sorulara yardımcı olması bakımından büyük bir önem taşıyor. Araştırma ayrıca protein etkileşiminin azaldığı veya yok olduğu, böylelikle hücrelerin diğerleri ile iletişimini kopararak tek başlarına yaşadığı bilinen bir takım hastalıklarla ilgili (kanser de dahil olmak üzere) her açıdan çalışmalar için de önemli ipuçları barındırıyor.

Mutasyonlar hem iyi hem kötü sonuçlara veya ikisinin kombinasyonuna yol açabilirler. Mutant olsun olmasın tüm proteinler de vücudumuzda hep yapı malzemesi hem de metabolizma başta olmak üzere tüm işe koşturan moleküllerdir.

Prehoda bu temel üzerine şu soruları soruyor : ” Bir görevi yapan bir protein başka bir görevi yapacak biçime nasıl evrimleşir? Hücrelerin organize biçimde bir arada çalışmalarını sağlayan kompleks sistemler, ihtiyaçları olan birçok farklı proteini nasıl evrimleştirir? ” Aslında tüm bunlar çok basit birkaç mutasyonla bile gerçekleşebilecek şeyler iken, Prehoda öncülüğünde yürütülen araştırmadaki çok hücreli organizmaların oluşmasını da sağlamış olan protein etkileşiminin ortaya çıkması için tek bir mutasyon yeterli olmuştu.

Araştırma için Prehoda’nın ekibi, University of California, Berkeley’den Nicole King’in grubunun yardımı ile koana-kamçılıları olarak bilinen -choanoflagellates- üzerinde çalıştı. Bu canlı grubu tek hücreli ve özgür yaşayan organizmalardan oluşmakta ve bu organizmaların bugün yaşayan hayvanların tek hücreli yaşam döneminden en yakın akrabaları oldukları düşünülüyor. Bu sünger benzeri yaratıklar hücreden dışarı doğru uzanan kamçılara sahipler ve bu organelleri ile hareketlerini , besin toplama işlerini gerçekleştiriyorlar. Koana-kamçılılar hem tek başlarına tek-hücreli hem de çok-hücreli koloniler biçiminde yaşayabiliyor.

Yandaki görselde bölünmekte olan choanoflagellate tek hücrelisinin flüoresan mikrograf görüntüsü (üstte) bulunuyor. DNA’sı mavi renkte, kamçısı ve mitotik iğciği yeşil renkte görülüyor. Alttaki parçada ise küçük bir choanoflagellate kolonisini görmek mümkün. Yine burada da üstte görünen hücre bölünme aşamasında. Prehoda’nın laboratuarı bu inceleme ile hayvanlarda organize çok hücrelilik durumunun evrimleşmesinde flajella (kamçı) ile bölünme oryantasyonunun önemli rolleri olabileceğini öne sürüyor.

Araştırmada ayrıca choanoflagellate kamçılarının çok-hücreli kolonilerin organizasyonu için kritik olduğu buradan yola çıkarak da tek hücreli atalarımızdan çok hücreli hale belki de bu kamçılar sayesinde geçilmiş olduğu belirtildi.

Prehoda’nın ekibi, kamçıların rolünün tek hücrelilerde bir enzimi kodlayan genin duplikasyonu ve sonuçta oluşan bu gen kopyalarından birinin tek bir mutasyon ile yeni yapılan hücreleri organize etme ve ayarlama yeteneği kazanması sonucu daha az önemli hale gelmiş olabileceğini öne sürüyor. Mutasyonun ürünü bu protein alanı bugün tüm hayvan ve hatta hayvanların yakın akrabası olan bazı tek hücrelilerin genomlarında ortak olarak bulunuyor.

Prehoda’nın açıklaması ise şöyle : ” Bu mutasyon bir proteinin fonksiyonunu dramatik biçimde değiştiren ve tamamen farklı bir görevi gerçekleştirmesini sağlayan basit bir değişiklikten ibaret. Hayvanların bu mutasyonlara çok düşkün olduklarını söyleyebilirsiniz çünkü hücrelerimizde onlardan tam 70 tanesini barındırıyoruz.”

Kaynak :

Bilimfili,
Douglas P Anderson, Dustin S Whitney, Victor Hanson-Smith, Arielle Woznica, William Campodonico-Burnett, Brian F Volkman, Nicole King, Kenneth E Prehoda, Joseph W Thornton. Evolution of an ancient protein function involved in organized multicellularity in animals.eLife, 2016; 5 DOI: 10.7554/eLife.10147

Etiket: organel

Mitokondri Bulundurmayan İlk Ökaryot Hücre Keşfedildi

Tek Bir Mutasyon Çok-Hücreliliğin Evrimi İçin Yeterli Olabilir