içinde

Mitokondriyal Fonksiyon ve Hastalıklardaki Önemli Rolü

Hücrelerin enerji tedariğindeki bozukluklar bir dizi ciddi hastalığa neden olur. Ancak, bu bozuklukların yaşlanma ile de bağlantısı olduğu düşünülmektedir. Gelecekte, bu bozuklukların tedavilerini bulabilmek için mitokondriyal fonksiyon hakkında daha fazla araştırma yapılmasına ihtiyaç vardır. Karolinska Enstitüsü’ndeki araştırmacılar tarafından, fareler ve meyve sinekleri üzerinde yapılan yeni bir çalışma; mitokondrinin içindeki önemli bir molekülün, mitokondriyal işlevleri nasıl etkilediğini gösteriyor. Science Advances dergisinde yayınlanan bu çalışma, daha önce keşfedilmemiş protein modifikasyonları hakkında değerli bilgiler de sunmaktadır.

Vücudun her hücresinde, yiyeceklerimizdeki besinleri enerjiye dönüştüren mitokondri adı verilen organel bulunmaktadır. Metabolizmamızın önemli bir parçasını oluşturan mitokondri, hücrelerin ihtiyacı olan enerjiyi sağladığı için, enerji santrali ya da hücrenin güç merkezi olarak da adlandırılmaktadır (ScienceDaily, 2021). 1890 yılında Richard Altmann, mitokondriyi keşfederek biyoblast olarak adlandırdı. Carl Benda, 1897 yılında, biyoblastları “mitokondri” olarak yeniden adlandırdı.

Hücre içerisinde serbestçe dolaşabilen mitokondri, yiyeceklerden elde edilen glikoz (basit şeker) gibi bileşiklerin oksijen ile tepkimeye girmesini sağlayarak (oksitleyerek), enerji elde eden bir organeldir. Her hücre tipinin ihtiyacı olan enerji miktarı farklı olduğu için, enerji ihtiyacı yüksek olan hücrelerdeki bulunan mitokondri miktarı da yüksektir. Örneğin, sperm kuyruğu, kas hücresi, karaciğer hücresi (~1600 mitokondri), mikrovilli, oosit (>300.000 mitokondri) gibi enerjinin ciddi şekilde gerekli olduğu yerlerde bol miktarda bulunurlar (Aryal, 2018). Ancak kırmızı kan hücrelerinde mitokondri bulunmamaktadır.

Her ne kadar “enerji üretme” fonksiyonu önemli ve çok bahsedilen fonksiyonu olsa da; mitokondrinin birçok farkı fonksiyonları da bulunmaktadır. Örneğin, hücrelerdeki kalsiyum iyon (Ca2+) konsantrasyonunun uygun seviyede kalmasına yardımcı olur. Ca2+ ve HPO42- (hidrojenfosfat) gibi iyonların yanı sıra demir içeren pigmentleri depolar. Isı üretir ve cinsiyet hormonlarının (testosteron ve östrojen gibi) üretilmesine yardımcı olur. Karaciğer hücrelerinde bulunan mitokondriler, toksik olan amonyağı detoksifiye (toksikliğinin giderilmesi) edebilen enzimlere de sahiptirler.

Bunlara ek olarak, apoptoz ve programlanmış hücre ölümü sürecinde önemli bir rol oynar.

Genetik ya da çevresel faktörlerden dolayı işlevlerini kaybetmesi sonucunda, içinde bulunduğu hücrelerin beklenmeyen ölümlerine sebep olur. Ve o hücrenin oluşturduğu organın işlevlerini de kötü etkiler (Aryal, 2018). Bu kadar çok fonksiyonu olan bir organelin; işlevini kaybetmesinin birçok ciddi hastalığa da sebep olması da beklenmedik bir senaryo değildir.

Mitokondriyal disfonksiyon (mitokondrinin işlevini kaybetmesi), bir grup nadir genetik bozukluğun karakterize özelliklerinden bir tanesidir. Ancak, yaygın olan bazı hastalıklarlarda (diyabet, kalp hastalığı, nörodejeneratif hastalıklar) ve normal yaşlanma sürecinde de gözlemlenebilir. Bu yüzden de, bilim insanlarının mitokondriyal işlevi iyileştirecek tedavileri bulabilmesi için; mitokondriler ve mitokondrilerin, hücrenin geri kalanı ile nasıl iletişim kurduğu ile ilgili daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir.

Karolinska Enstitüsü, Köln’deki Max-Planck Yaşlanma Biyolojisi Enstitüsü ve California San Diego Üniversitesi’ndeki araştırmacılar; farklı mitokondriyal süreçlerin, protein metilasyonundan nasıl etkilediğini araştırdılar. Bir moleküle, metil grubunun (CH3) eklendiği ve bu şekilde; o molekülün işlevini etkileyen kimyasal modifikasyona metilasyon adı verilir. AdoMet olarak da bilinen S-Adenosylmethionine (SAM), mitokondrinin ve hücrelerin içindeki ana metil grubu donörüdür. Karolinska Enstitüsü Tıbbi Biyokimya ve Biyofizik Bölümü’nde araştırmacı olan Anna Wredenberg; “Kanserde ve yaşlılıkta SAM üretimi değiştiği için, bu özel molekülü incelemekle ilgileniyoruz” diyor.

SAM’in hem de hücresel enerji seviyelerinin düştüğünü göstermiştir.

Meyve sineklerinin ve farelerin mitokondrilerinden SAM tamamen çıkarılarak; mitokondrideki hangi işlemlerin metilasyona bağlı olduğu araştırıldı. “Daha önceki çalışmalar, yaşlanma sırasında hem SAM’in hem de hücresel enerji seviyelerinin düştüğünü göstermiştir. Bu çalışmamız ise SAM seviyesi ile mitokondriyal enerji üretimini arasında bir bağlantı olduğunu; ve düşük SAM seviyesinin mitokondriyal enerji üretimini etkileyebileceğini öne sürmektedir.”

Çalışma, mitokondriyal proteinlerden hangisinin metillendiğini ve metilasyonun onları nasıl etkilediğini ve bu modifikasyonların mitokondriyal işlevi nasıl etkileyebileceğini belirledi. Araştırmacılar ayrıca bu tür değişikliklerin olmamasının fizyolojik sonuçlarını da gösteriyor. Ancak, birkaç sorunun hala cevaplanması gerekiyor.

Anna Wredenberg, “Çalışmamız bazı değişikliklerin diyetle değiştirilebileceğine dair bir gösterge sağladı. Ancak patolojik süreci daha iyi hale getirip değiştiremeyeceğimizi incelemeye devam etmemiz gerekiyor” diyor. “Şimdiye kadar sadece protein değişikliklerine baktık; ancak diğer moleküller de mitokondri içi SAM ile modifiye edilebilir. Oynadığı rolü daha iyi anlamak için bu modifikasyonları incelemeliyiz.”

Çalışma, İsveç Araştırma Konseyi, Avrupa Araştırma Konseyi, Knut ve Alice Wallenberg Vakfı, Max Planck Topluluğu ve Ragnar Söderberg Vakfı tarafından finanse edildi. Bildirilen herhangi bir çıkar çatışması bulunmamaktadır .