* Yazışmalar Devrim Gözüaçık ile yapılmalıdır.

Transkript

1 ÜROLOJĐDE OTOFAJĐ Kısa başlık: Otofaji 1, 3 1, 3 2 1, * Özlem Oral, Ster Irmak, Sinan Ekici ve Devrim Gözüaçık 1 Sabancı Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Biyolojik Bilimler ve Biyomühendislik Programı, Orhanlı - Tuzla 34956, Đstanbul, TÜRKĐYE. 2 Maltepe Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Üroloji Ana Bilim Dalı, Maltepe, Đstanbul, TÜRKĐYE. 3 Eşit katılımlı birinci isim yazarlar * Yazışmalar Devrim Gözüaçık ile yapılmalıdır. E-posta: dgozuacik@sabanciuniv.edu. Telefon: Faks: Anahtar sözcükler: Ürolojik hastalıklar, üriner sistem, otofaji, hücre, stres, apoptozis, programlı hücre ölümü, hayatta kalma, sinyal iletimi. 1

2 AUTOPHAGY IN UROLOGY Short Title: Autophagy 1, 3 1, 3 2 1, * Ozlem Oral, Ster Irmak, Sinan Ekici and Devrim Gozuacik 1 Sabanci University, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Biological Sciences and Bioengineering Program, Orhanli - Tuzla 34956, Istanbul, TURKEY. 2 Maltepe University, School of Medicine, Department of Urology, Maltepe, Istanbul, TURKEY. 3 First authors with equal contribution * Corresponding author is Devrim Gozuacik dgozuacik@sabanciuniv.edu. Tel: Fax: Key words: Urological Disease, urinary system, autophagy, cell, stress, apoptosis, programmed cell death, survival, signal transduction. 2

3 Özet Otofaji, evrimsel olarak korunmuş fizyolojik bir olaydır. Protein yıkımı ve organel geri-dönüşümünü sağlayarak hücre içinde fizyolojik dengeyi sağlar. Açlık ve büyüme faktörü eksikliği gibi hücresel stres koşullarında hızlıca aktive olur ve hücreye yaşamını devam ettirebilmesi için gerekli yapıtaşlarını sağlar. Bu yönüyle otofaji bir hayatta kalma yolağı olarak rol oynamaktadır. Buna karşın, elde edilen veriler, otofaji yolaklarının bazı durumlarda kaspazlardan bağımsız bir programlı hücre ölümü mekanizmasına da katkı sağladığını göstermiştir. Apoptotik olmayan bu ölüme Otofajik hücre ölümü adı verilir. Son yıllarda, memeli genetiğindeki gelişmeler yanında otofajinin birçok fizyolojik ve patolojik olayda önemli rol oynadığının ortaya çıkarılması, otofaji alanında yapılan çalışmaların temel bilim camiasının yanında klinisyenlerin de dikkatini çekmesine neden olmuştur. Bu bölümde otofajinin üriner sistem rahatsızlıklarının oluşma, gelişim ve tedavi sürecine doğrudan ya da dolaylı etkileri, klinik ve moleküler veriler ışığında özetlenecek ve tartışılacaktır. 3

4 4

5 Abstract Autophagy is an evolutionary conserved physiological event. It regulates intracellular homeostasis through recycling of cellular organelles and long-lived proteins. Autophagy is rapidly activated under stress conditions such as starvation and growth factor deprivation and supplies necessary components for the survival of cells. Thus, autophagy plays a role as a pro-survival phenomenon under certain conditions. On the other hand in some cases, autophagy pathways are involved in a caspase-independent, non-apoptotic cell death program called autophagic cell death. Studies in the last decade revealed the involvement of autophagy in several physiological and pathological events, establishing it as a new and important field of research for both basic scientists and clinicians. In this chapter, the effects of autophagy and -related molecular events in the development, progress and treatment of the urinary system diseases will be discussed. 5

6 1. Giriş 2. Otofaji Sinyal Yolakları 3. Otofajinin Fizyolojik ve Patolojik Görevleri 4. Ürolojik Dokularda Otofajinin Rolü A. Glomerüler Hastalıklar B. Böbreklerde Kadmiyum Birikimi ve Otofajinin Etkisi C. Enfeksiyon hastalıkları ve otofaji D. Ürolojik Kanserlerde Otofaji E. Iskemi-reperfüzyon Hasarı ve Otofaji 5. Sonuçlar 6. Kaynakça 6

7 7

8 1. Giriş Otofaji, hücre içindeki sitoplazma parçaları ve organellerin, otofajik vezikül denilen kesecik benzeri yapılar içinde hapsedilmek suretiyle lizozomlara taşınması ve burada sindirilmesidir (1,2). Bu mekanizma, hücrenin yaşamı için gereken yapıtaşlarını bulunduğu ortamdan elde edememesi durumunda aktive olur ve hücrenin bu zor koşullarda hayatta kalmasını sağlar. Hücrede homeostazis için gerekli bir mekanizma olan otofaji, uzun ve yoğun etkinlik durumunda hücreyi apoptozdan farklı bir programlı hücre ölüm yoluna götürebilmektedir. Otofaji, 1) şaperon (chaperon)aracılığı ile otofaji, 2) mikrootofaji ve 3) makrootofaji olmak üzere en az üç farklı şekilde ortaya çıkmaktadır. Şaperon aracılığı ile otofaji, metabolik stres sırasında aktif hale gelir. Hücre içi proteinler, lizozomal reseptör molekülü ve lizozomal şaperonlar ile lizozom lümenine aktarılır. Mikrootofaji, lizozomal zarların sitoplazmanın küçük parçalarını içlerine alarak sindirdiği hücre içi yapısal bir süreçtir. Bu bölümde daha çok makrootofajiye yoğunlaşılacaktır. Bu nedenle makrootofaji yerine bundan sonra otofaji terimi kullanılacaktır. Otofaji (makrootofaji) hücrenin kendi sitoplazmasının ve organellerininin çift katlı zarlı kesecikler (veziküller) içine hapsedilmesi ve bu veziküllerin lizozomla birleşmesi sonucunda lizozomal enzimlerce yıkılması ile ortaya çıkar (Şekil 1A) (3). Böylece hücre, zor koşullar altında, kendi idamesi için gerekli yapıtaşları ve enerji kaynağı olarak kullanılabilecek molekülleri sağlar. (1,2). 8

9 2. Maya ve Memelilerde Otofaji Proteinleri ve Sinyal Yolakları Otofaji ile ilgili proteinlerin ve sinyal yolaklarının varlığı, otofajik etkinliğin ışık mikroskopu ile görünebilir olması ve genetik değişiklik yapmanın kolaylığı nedeniyle öncelikle mayalarda yapılan çalışmalarda gösterilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda, Atg kısaltmasıyla tanımlanan 31 kadar gen ve protein bulunmuştur (4). Bu proteinler, otofaji sırasında otofajik kese (otofagozom) çekirdeklenmesi, kese zarı uzaması-kapanması, taşınması, lizozomla (ya da mayada vakuol ile) kaynaşması, iç zar ve kargonun lizozomda yıkılması ve yapıtaşlarının sitoplazmaya taşınması gibi değişik aşamalarda rol oynamaktadır. Örneğin, Atg1/Ulk1-2 (Mayada Atg13 ve memelilerde Ulk1-2) ve Atg13 proteinleri otofagozom oluşumunun en önemli düzenleyicileridir. Hücrenin enerji ölçeri memeli mtor ya da maya TOR protein kümesi 1 (mtorc1 memeli ya da TORC1 maya protein kompleksi), besin ve büyüme faktörü varlığını hissederek, otofajiye ihtiyaç olup olmadığını kontrol eder. mtor ya da TOR, mtorc1 kümesininde etkin olan hücre büyümesi ve metabolizmasını düzenleyen önemli bir kinazdir. Memelilerde mtorc1 protein kümesi, mtor a bağlanan raptor, mlst8, PRAS40 ve DEPTOR adlı ve mtor etkinliğinin düzenlenmesinde rol oynayan proteinlerden oluşur (Şekil 2). Besinin bol olduğu durumlarda, mtorc1 otofaji proteini memelilerde Atg1/Ulk1 üzerinden, mayalarda ise Atg13 üzerinden otofajiyi inhibe etmektedir (Şekil 1B). Memelilerde Ulk1 in mtor tarafından fosforillenmesinin otofajiyi baskıladığı gösterilmiştir. Açlık durumunda ise, mtorc1 9

10 baskılanır ve Ulk1 kompleksinden ayrılır; böylece otofagozomların oluşumunu tetikler. Otofagozomların oluşumunda rol oynayan önemli bir diğer protein kompleksi III. sınıf phosphoinositol 3 fosfo (PI3P) kinaz Vps34 i içeren kümedir. Bu protein kümesinin aktivitesini düzenleyen en önemli protein memelilerde Beclin1/Atg6 proteinidir (Şekil 1C). PI3P, otofajik kese oluşumu için gerekli olan proteinlerin otofajik vezikül filizlenme bölgelerinde öbeklenmesinde rol oynar ve birçok protein için bir birleşme platformu oluşturur (5). Otofajik kese uzaması ise übikitinlenme benzeri iki ayrı protein-protein kovalent eklenme tepkimesi içerir (Şekil 1D). Birinci yolak übikitin benzeri Atg12 proteininin Atg5 e bağlanmasını ve Atg12-Atg5-Atg16 kompleksinin oluşmasını sağlar. Burada übikitinlenmeye benzer bir şekilde Atg12 eklenmesini düzenleyen Atg7 ve Atg10 proteinleri, sırasıyla E1 ve E2 benzeri rol oynar. Atg12-Atg5-Atg16 kompleksinin ise E3 benzeri bir rol üstlendiği ve Atg16 proteininin, birkaç Atg12-Atg5 grubunun kümelenmesini sağlama işlevi yanında, otofajik vezikül oluşum bölgesini belirlemeye katkıda bulunduğu öne sürülmüştür. Bu nedenlerden ötürü Atg12-Atg5-Atg16 kompleks oluşumu, ikinci übikitinasyon benzeri yolak için gereklidir. Đkinci yolak ise phosphatidil ethanolamin (PE) adlı yağ molekülünün Atg8/LC3 adlı proteine kovalent bağlanmasını sağlar. Atg8/LC3 nin otofajik zarlara yağ taşıdığı ve böylece zar uzamasını ve kese kapanmasını sağladığı düşünülmektedir. Otofajik keseler çift ikili zardan (double bilayer) oluşur. Otofajik zarların endoplazmik retikulum, Golgi, mitokondri dış zarı ve hatta hücre zarından köken alabileceği öne sürülmüştür. 10

11 Lizozomlar ile tamamlanmış otofagozomların birleşmesi ise, LAMP2 ve Rab7 gibi aynı zamanda diğer vezikül yolaklarında yer alan proteinler tarafından yönlendirilir. Sonunda otofagozomların dış ikili zarı, lizozom zarı ile birleşir, iç zar ve içerdiği sitoplazma, ömrünü tamamlamış proteinler ve hatta tüm organeller lizozomdaki yıkıcı enzimlerin etkinlikleri sayesinde hidroliz ile parçalanır (Şekil 1A). Parçalanan yapıtaşları (amino asitler, yağ asitleri gibi) yeni hücre bileşenleri üretilmesi ve enerji dengesinin korunması için hücre tarafından geri kazanılır. Otofaji, besin yetersizliği, büyüme faktör eksikliği, hipoksi, toksinlerle karşılaşma ve benzer şekilde strese neden olan başka durumlarda hücrelerin hayatta kalmaları için önemlidir. PTEN, DAPk, TSC1 ve TSC2 kompleksleri gibi tümör baskılayıcıları, c-jun N- terminal kinaz 1 (JNK1), AMP kinaz gibi stres ile aktive olan yolaklarda rol oynayan ve bağışıklık sisteminde yer alan moleküllerin aynı zamanda otofajiyi uyaran proteinler oldukları açığa çıkarılmıştır. Sınıf I phosphatidylinositol 3-OH kinaz (PI3K), Akt, Ras, TOR and Bcl-2 (6,7) gibi onkogenlerden bazılarının ise otofajiyi baskıladıkları anlaşılmıştır (Şekil 2). Çalışmalar en önemli tümör baskılayıcı genlerden biri olan p53 ün, otofaji üzerine ikili bir rol oynadığını kanıtlamıştır (8,9). Bir kısım araştırma, özellikle hücre çekirdeğine göçen p53 ün, transkripsiyona etkisine bağımlı veya bundan bağımsız olarak otofajiyi uyardığını göstermiştir (10,11). Diğer yandan bazı çalışmalarda ise p53 ün sitoplazma yerleşimli yaban (wild) ve mutant şekillerinin, otofajiyi baskıladığı öne sürülmüştür (Şekil 2) (12,13). 11

12 Otofaji mekanizmalarında rol oynayan protein ve protein kümelerinin tamamının moleküler yapıları ve etki mekanizmaları hala tam olarak bilinmemesine rağmen, otofajik kese oluşumu, filizlenmesi, zar uzaması, lizozomla birleşme ve lizozomda yıkım gibi hücre içinde meydana gelen bu olaylarda rol oynayan çok proteinli kümeler ve bunları düzenleyen yolaklar günümüzde de süren yoğun araştırmalarla aydınlatılmaya çalışılmaktadır (14-16). 3. Otofajinin Fizyolojik ve Patolojik Görevleri Hasar görmüş ya da katlanması bozuk proteinlerin ve vadesi dolmuş organellerin yokedilmesi otofaji yoluyla olmaktadır. Örneğin otofajinin, genetik bozukluk nedeniyle mütant anti-tripsin ifade eden karaciğerdeki protein çökeltilerini yok etme, yağ hücrelerinden lipid mobilize etme, oksidatif strese karşı direnç sağlama, bazı enfeksiyon ve tümörlerin oluşumunu baskılama gibi fizyoloji ve patolojik yanıtlarda rol oynadığı ortaya çıkarılmıştır (17-20). Çok sayıda çevresel faktör hücrelerde otofajiyi tetiklemektedir. Açlık (21), hipoksi (22) ve stres (23) otofajiyle alakalı çevresel etmenlerdir. Otofaji, bu çevresel faktörlere karşı hücresel dengeyi korur ve stres altındaki hücrelerin hayatta kalmasını sağlar. Otofaji sisteminin bu işlevini yerine getirememesi, Alzheimer ve Huntington hastalığı (25,26) gibi nörodejeneratif hastalıklara, ateroskleroz (damar sertliği) (27) ve yaşlılığa bağlı dejenerasyon ((24, 28) gibi çeşitli rahatsızlıklara yol açar. 12

13 Otofaji, patolojik durumlarda ve yaşlanmaya bağlı rahatsızlıklarda kritik bir biyolojik olay olarak ortaya çıkar. Otofajinin hücre içindeki (örneğin; nöronlardaki) başlıca görevi sitoplazmik bileşenlerin normal döngüsünü sağlamaktır. Daha önce yapılan araştırmalarda otofajik aktivitede yetersizliğin farelerde nörodejenerasyona (nöron kaybına) neden olduğu kanıtlanmıştır (29). Farede Atg5 otofaji geninin silinmesi hücre içinde anormal protein birikimlerine yol açmaktadır. Bu durum nörodejeneratif hastalıkların bir bileşenidir. Örneğin, Alzheimer hastalığı amyloid-β ve tau proteinin; Parkinson hastalığı ise TP-43 ve α-synuclein birikimiyle ilişkilidir (26). Ayrıca bu protein birikimleri nörodejeneratif hastalıklarda, diğer temel protein yıkım mekanizması olan ubikuitin-proteazom sistemini de devre dışı bırakmaktadır. Bu nedenlerden ötürü, otofajinin ilaçlarla uyarılmasının nörodejeneratif hastalıkların tedavisine katkıda bulunacağı düşünülmekte ve ilaç araştırma çalışmaları hızla ilerlemektedir. Son yıllarda, otofaji ile ilgili genlerin bulunması ve temel mekanizmalarının kısmen de olsa açığa kavuşması otofaji-kanser bağlantısı hakkında da önemli bilgiler sağlamıştır (30). Kanser oluşumunun erken safhalarında otofajinin tümör baskılayıcı bir rol oynadığı öne sürülmüştür (31). Öte yandan tümör çapı artarken kitle içerisindeki hücrelerde kan (besin ve oksijen) yetersiz gelmeye başlar ve bu bölgede hücrelerin yaşamını sürdürmesi için otofajinin gerekli olduğuna dair işaretler vardır. Tümör pusuya yatmasında (dormancy) da otofajinin kanserli hücreler tarafından kullanıldığı rapor edilmiştir. 13

14 4. Ürolojik Hastalıklarda Otofajinin Rolü A. Glomerüler Hastalıklar Glomerüler filtrasyon bariyeri endotel hücreler, bazal membran, podositler (epitel hücre) ve podosit hücreleri arasındaki slit diyaframdan oluşan bir yapıdadır. Podositler glomerüler kapilerlerin yalancı ayaklara sahip hücreleri olarak tanımlanırlar (32,33). Filtrasyon sırasında glomerüler bazal membran moleküler ağırlık ve elektrik yüküne dayanan bariyer görevini yaparken glomerüler kapiller ağın en dış tabakasını oluşturan podositler ise mikromoleküllerin filtrasyonunda büyüklüğe-bağlı seçici bariyer olarak görev yapar. Visseral podositler, glomerüler filtrasyon bariyerinin en dış parçasını oluştururlar. Bunun yanısıra çeşitli faktörler salgılayarak glomerülus içindeki diğer hücreleri düzenler ve slit diyaframdaki dinamik sinyal olaylarını koordine ederler. Bütün bu özellikler glomerüler filtrasyon bariyerinde podositlerin çok önemli fonksiyonu olduğunu göstermektedir. Böbrek filtrasyonunda yer alan diğer bütün hücrelerden farklı olarak podositler çok sınırlı ölçüde hücre bölünme ve yenilenme kapasitesine sahiptirler (33). Bundan dolayı stres durumuyla başa çıkmaları kendi yeteneklerine bağlıdır. Fokal segmental glomerüloskleroz ve diyabetik nefropati gibi renal hastalıklar sırasında glomerüler podositlerin sayısında azalma gözlenmektedir (34-36). Đdrarda görülen podosit ve podosit bileşenleri de glomerüloskleroz ile alakalıdır (37,38). Podosit kaybı glomerülosklerozu tetiklemektedir ve ileri düzeydeki glomerüloskleroz, renal fonksiyon kaybına sebep olmaktadır. Bundan dolayı podosit hasarı, glomerüllerdeki işlev bozukluğuna bağlı ve ciddi renal hastalıklara neden olmasından dolayı önem 14

15 arz etmektedir. Glomerüloskleroz işlev bozuklukları yaşlanmaya bağlı olarak da ortaya çıkmaktadır ve hayvan deneyleri, bu tip glomerülosklerozdaki ilerlemenin podosit kaybından dolayı olduğuna işaret etmektedir (39,40). Vücuttaki yaşlanma, pek çok dokunun bozulmasına ve hücresel işlevlerin yerine getirilememesine yol açar. Bozulmuş protein ve organellerin hücre içinde birikmesi hücreler için zararlıdır. Yaşlılığa bağlı sorunların birçoğunda etken protein-organel yıkımınındaki bozukluklarıdır (41). Hücrelerde protein yıkımı iki temel sistem tarafından gerçekleştirilir: Ubikuitin-proteozom sistemi ve otofaji (42). Bu sistemlerdeki herhangi bir bozukluk çeşitli hastalıklara yol açmaktadır. Son dönemde yapılan çalışmalar, otofaji veya ubikuitin-proteozom mekanizmasının ilaçlarla uyarılmasının, protein yıkımına bağlı hastalıklarda olumlu sonuçlar verdiğini göstermektedir (42,43). Otofaji özellikle nöronlar gibi uzun ömürlü postmitotik hücreler icin önemli bir hücre içi onarım mekanizması olarak görülmektedir (42). Nöronlara benzer şekilde podositler de kısmen başkalaşan hücrelerdir. Yapılan in vitro çalışmalarda, podositlerde ve insandan alınan renal biyopsilerde otofagozomların varlığı gösterilmiştir (44,45). Otofajinin podositlerin başkalaşması ve olgunlaşması sırasında önemli bir rol oynadığı önerilmiştir (46). Başka bir çalışma, anjiotensin II nin (AgII) hücre kültürü ortamında podosit otofajisini uyardığını göstermiştir (47). AgII nin bunu büyük olasılıkla reaktif oksijen türlerinin kontrollü salınımı yoluyla yaptığı önerilmiştir. Otofaji genleri bozulmuş nakavt farelerde yapılan çalışmalar, otofajinin glomerül fizyolojisindeki rolünü ortaya koymuştur (48). Atg5 otofaji protein 15

16 geni nakavt farelerin podositleri, hasarlı mitokondri ve übikuitinlenmiş proteinleri otofaji vasıtasıyla yıkmaktan acizdir. Bu farelerin podositlerinin bilhassa kontrolsüz oksidatif hasara karşı duyarlı olduklar gözlenmiştir. Farelerde ve bunlardan elde edilen hücrelerde endoplazmik retikulum stresi ve kontrolsüz oksidatif stres, geri dönüşümü olmayan podosit hasarına ve podosit kaybına yol açmaktadır. Glomerülleri etkileyen bazı hastalıklarda otofajik aktivitenin böbreği koruyucu bir etkiye sahip olduğuna dair veriler mevcuttur. Örneğin, IgA nefropatisi olan hastalardan alınan böbreklerdeki şu gözlem, otofajinin hastalıkla mücadele sırasındaki öneminin altını çizmektedir (49). Kötü prognoz gösteren hastaların böbrek biyopsileri incelendiğinde, hücre içindeki otofajik keseciklerin olgunlaşamadığı gözlenmiştir. Biyopsilerinde olgunlaşmış ve otolizozoma dönüşebilen otofajik kesecikler görülen hastaların ise daha iyi prognoza sahip oldukları rapor edilmiştir. Otofaji-lizozom sistemi yaşlanan hücrelerde büyük değişimlere uğrar. Yaşlanma genel anlamda otofagozom oluşumunda ve otofagozom-lizozom birleşmesinde azalmaya yol açar (41). Yaşlanmayla birlikte glomerüler otofajik aktivitenin azalmasının, yaşlanan insan böbreğinde de renal fonksiyonların azalmasına neden olduğu düşünülmektedir. Otofaji eksikliği, uzun ömürlü glomerüler podositlerde hücresel yaşlanma işaretlerinin ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Atg5 nakavt farelerin podositlerinde, yaşlanmanın hızlandığına işaret eden; lipofusin birikimi, protein yumakları (agrezomlar) ve ubikuitinlenmiş protein 16

17 çökeltilerinin oluşması, hasar görmüş mitokondri ve oksitlenmiş proteinlerin birikimi gibi belirtiler gözlenmiştir (50). B. Böbreklerde Kadmiyum Birikimi ve Otofaji Etkisi Kandaki kadmiyum miktarının ölçümü genelde ağır metal zehirlenmesinde başvurulan bir yöntemdir. Fakat, kanda tespit edilen kadmiyum sadece o anki zehirlenmeyi göstermez, aynı zamanda vücudun yaşam boyunca yüklendiği kadmiyum miktarını gösterir. Bu durum özellikle böbrek için önem teşkil etmektedir. Çünkü, böbrekteki kadmiyum maruziyetinin yarı ömrü yıl kadardır. Dolayısıyla bu durumun böbreklerde ciddi bir kadmiyum birikimi ve buna bağlı hasar meydana getirdiği görülmektedir (51-53). Ağır metaller sınıfında yer alan kadmiyum, böbrek hücrelerinde özellikle proksimal tübüler epitelde birikerek kronik böbrek rahatsızlıklarına yol açar. Böbrekte kronik hastalığa kadmiyumdan dolayı oluşan oksidatif stresin neden olduğu düşünülmektedir. Mitokondriler kadmiyum için bir hücre içi hedefi ve reaktif oksijen oluşumunun merkezidirler. Normal koşullarda aşırı reaktif oksijen, doğal antioksidan enzimler ile dengelenir. Fakat işlev bozukluğu söz konusu olduğunda (örneğin; uzun süre kadmiyum gibi çevresel toksik maddelere maruz kalındığında) mitokondriler daha az enerji ve daha fazla reaktif oksijen üretirler. Artan reaktif oksijen düzeyi ve doğal antioksidanlar arasındaki dengesizlik oksidatif strese neden olur. Mitokondrilerdeki bu hasar, oksidatif stresi arttırarak sitokrom-c nin sitoplazmaya salınmasına ve renal hücrelerin apoptotik ölümüne yol açan kaspaz 17

18 şelalelerinin uyarımına neden olur. Hücreler, işlevini yerine getiremeyen ve oksidatif stres kaynağı olan bozuk mitokondrileri otofaji yoluyla yok etmeye çalışırlar. Bu da kadmiyuma bağlı hücre ölümü sırasında otofajik keselerin birikimine yol açar. Kadmiyum zehirlenmesi sırasında oluşan hasarının önlenmesi için hasarlı mitokondrileri yok eden otofaji yolağının aktivasyonu bir tedavi mekanizması olarak incelenmektedir (54,55). C. Enfeksiyon hastalıkları ve otofaji Otofaji, ökaryotik hücrelerin hücre içi organelleri ve protein çökeltileri gibi proteozom mekanizması ile bozunamayan büyük parçaları yok edebildiği tek mekanizmadır. Bundan dolayı otofaji, virüs, bakteri veya protozoa gibi hücre içi parazitlerin yok edilmeleri için de kullanılmaktadır. Bu, üriner sistem enfeksiyonlarına yol açan bazı mikroorganizmalar için de geçerlidir. Otofaji genlerindeki mutasyonlar bazı patojenler tarafından enfeksiyona karşı duyarlılığı arttırmaktadır (56,57). Otofaji yolağı proteinleri ile immünite ve enflamasyon sistemleri arasında karşılıklı etkileşimler olduğu bilinmektedir. Otofaji mekanizmasının immün yanıtın kontrolünde yer almasının yanısıra otofaji proteinleri (Atg16 gibi) bazı immün sinyal moleküllerine direkt bağlanabilmektedir (58,59). Patojen tanıma reseptörleri (PRRs); lipopolisakkaritler, lipoproteinler, flaggellin ve nükleit asitler gibi mikroplara özgü yapılar doğal immün yanıtları tetikler (60,61). Mikropların bu şekilde tespitinden sonra patojen tanıma reseptörleri, inflamatuar sitokinler, kemokinler, 18

19 interferonlar (IFNs) ve başka antimikrobiyal genlerin sentezinini uyarırlar. Doğal bağışıklık, konakçı savunma sistemi için önemli ve gerekli olmasına rağmen doğal bağışıklık yanıtının anormal aktivasyonu otoimmün hastalıklar ve septik şok gibi bazı enfeksiyon tarafından tetiklenen hastalıklarının gelişmesine neden olur. Bu nedenle doğal bağışıklık sistemi aşırı veya yersiz uyarımı önlemek amacıyla sıkı bir şekilde denetlenmektedir. Protein yıkımı ve otofaji, immün yanıtın oluşumunda ubikuitin-proteozom sistemiyle birlikte görev yapmaktadır (60-63). Otofaji mekanizması hücre içi patojenlerin doğrudan yok edilmesinde görev yaptığı gibi, özellikle hücre içi parazit antijenlerinin olgunlaştırılmasında önemli bir rol oynamaktadır (64-66). Örneğin, otofaji enfekte hücrelerde Streptococcus pyogenes and Coxiella burnetii gibi bakterilerin hücre içinde yok edilmesi için gereklidir (67-70). Đmmün sistemde de ifade edilen IRGM proteini, otofajiyi uyarır ve makrofajlardaki mikobakterilerin otofaji yoluyla yok edilmesi için önemlidir (71,72). Atg5 proteininin, otofagozom oluşumundaki görevlerinin yanısıra, immünite-bağlantılı bir GTPase olan Irga6 nin Toxoplasma gondii sarılmış veziküllere taşınmasından sorumlu olduğu ortaya çıkarılmıştır (73). Buradan anlaşıldığı gibi hem otofaji, hem de Atg proteinleri, patojenik ajanlara karşı savunmada doğrudan rol oynamaktadırlar. Patojenlerin bazıları evrilerek bu hücresel savunma mekanizmasını bloke etmek için yöntemler geliştirmişlerdir. Örneğin, Shigella flexneri gibi bakteriler, Atg5 in fonksiyonunu inhibe etme yeteneğine sahip VirG proteininin sentezlenmesiyle otofajik yıkımdan kurtulurlar (74). Herpes simplex (HSV-1) gibi 19

20 bazı virüslerin, kilit otofaji proteini Beclin-1 i hedef alarak, otofaji yolaklarını bloke ettikleri rapor edilmiştir (75). Otofajik keseciklerin hücre içi patojenleri nasıl tanıyıp içlerine hapsettikleri konusunda yoğun olarak çalışılmaktadır. P62 proteini gibi otofaji reseptörlerinin ve übikuitinlenmenin patojenlerin otofajik zarlar tarafından sarılmasında önemli olduğuna dair işaretler vardır (76,77). Otofagozomların patojenleri hapsetmesinde dört yöntem tanımlanabilir. Bunlar; 1) Otofaji bağlantılı proteinler tarafından patojenlerin doğrudan sarılması, 2) Patojen içeren fagozom veya endozomların otofagozom zarları tarafindan dışarıdan sarılması, 3) Otofagozomlar ile patojeni hapsetmiş fagozom veya endozomların birleşmesi veya 4) Patojenin sitoplazmada yabancı bir madde olarak hapsedilmesi olarak sıralanabilir. Şu ana kadar otofaji bağlantısı ve yolakları en ayrıntılı şekilde incelenen patojenlerden biri, endozomlar tarafından hapsedilen Grup A Streptokok tur (68). Pek çok bakteri için otofaji bağlantısının moleküler ayrıntıları henüz tanımlanmamıştır. Ayrıca otofaji, bağışıklık sistemi yanıtının uyarılması için gerekli bir basamak olan antijen sunumu için önemlidir (78). Hücresel antijenlerin çoğu doku uyum kompleksi (MHC) sınıf I molekülleri üzerinde sunulurken, endositoz yoluyla edinilen hücre dışı antijenlerin MHC sınıf II moleküllerin üzerinde sunuldukları düşünülmekteydi. Son yıllardaki çalışmalar, MHC sınıf II moleküllerin, hücre içi antijenleri (örneğin hücre içi parazit antijenleri) otofagozomlar sayesinde sunabildiklerini göstermiştir. Hatta otofajinin, MHC sınıf I moleküllerinin sunduğu endojen antijenlerin olgunlaşmasında bile rol oynadığı önerilmiştir (79-87). 20

21 Buradan anlaşıldığı gibi otofaji yolakları ve otofaji proteinleri, bağışıklık sistemi yanıtları ve patojenler arasında karmaşık bağlantılar mevcuttur. Bu nedenle otofajinin enfeksiyon hastalıkları sırasında manipülasyonu sağlayacak ilaç ve benzeri moleküller, tedavi edici potansiyel taşımaktadırlar. Bu alandaki çalışmalar yoğun olarak sürmektedir. D. Ürolojik kanserlerde Otofaji Otofaji ile kanser oluşumu arasında bağlantı olduğuna dair birçok veri mevcuttur. Otofaji araştırmalarının ilk yıllarında, kontrolsüz otofajinin hücre ölümüne yol açtığının bilinmesi nedeniyle, otofaji eksikliğinin kanser oluşumundaki rolünün hücre ölüm anormallikleri olduğunu önermiştik (2). Fakat daha sonraki yıllarda yapılan çalışmalar, otofajik hücre ölüm bozukluğunun kansere katkısı fikrini çürütemeseler de, otofaji bozukluğunun yol açtığı farklı mekanizmaların kanser oluşumunu tetiklediğini göstermişlerdir. Aslında otofaji-kanser bağlantısı karmaşık bir konudur. Otofaji proteinlerini kodlayan ATG4, BECN1 (Beclin1 proteininin geni) veya ATG5 genlerinin bir ya da iki alelini kaybetmiş, nakavt farelerin çeşitli kanser tiplerine yatkınlık gösterdikleri rapor edilmiştir (7). Otofaji bozukluğunun ve buna bağlı anormal protein ve organel birikiminin kromozom anormalliklerini tetiklediği önerilmiştir (88). Çeşitli kanser tiplerinde ULK1, ATG5, UVRAG, BNIP3, BIF1 ve BECN1 genlerinde mutasyonlar olduğu gözlenmiştir (7, 88, 89). Bazı tümörlerde, BECN1 gen ifadesinde metilasyona bağlı azalma olduğu rapor edilmiştir (90). Bütün bu veriler, otofajinin tümör oluşumunun ilk aşamalarında tümör baskılayıcı 21

22 bir mekanizma olduğuna işaret etmektedir. Fakat özellikle damarlanması tamamlanmamış ya da bozuk ileri safha tümörlerde otofajinin kanser hücrelerinin hayatta kalması için gerekli olduğu gözlenmiştir (91). Otofaji proteinleri gerektiren ve sitoplazmada otofajik kesecik birikimi ve otofajik aktivite artışıyla seyreden bir programlı hücre ölüm mekanizmasının bulunduğu biz ve başka gruplar tarafından gösterilmiştir (92, 93). Her ne kadar otofajinin ölüme katkısı otofaji camiasında bir tartışma konusu olsa da, bazı kanser ilaçlarının ve tedavi yaklaşımlarının otofajik hücre ölümünü etkinleştirdikleri birçok bağımsız yayında gösterilmiştir (91). Otofajinin ve otofajik hücre ölümünün mekanizmalarının ve kanser ile ilişkisinin anlaşılmaya başlanması, bu biyolojik olayın ürolojik kanserlerde de ayrıntılı şekilde araştırılmasına neden olmuştur. Bu bölümde üriner sistemde görülen çeşitli kanser türleri ve otofajiyla ilgili literatürü özetlemeye çalışacağız. Ülkemizde ürolojik tümörlerin yerleşimleri, erkeklerde mesane, prostat, böbrek, testis, üreter ve böbrek pelvisidir. Bayanlarda daha çok mesane ve böbrek tümörleri görülmektedir (94). Ürolojik tümörler önemli bir sağlık sorunu teşkil etmektedir. Kanserle Savaş Derneği verilerine göre mesane tümörleri erkeklerde akciğer ve prostat kanserinden sonra üçüncü sıklıkta görülmektedir. Ürolojik tümörler görülme sıklıkları ve mortalite oranları açısından önemli bir sağlık sorunu oluşturdukları için ürolojik kanserlerin oluşum ve yayılım mekanizmaları ve bunların moleküler biyolojisi konusunda giderek daha fazla bilgi edinilmeye başlanmıştır. Ürolojik kanser hücreleri ve tümörlerde otofajinin rolü konusundaki çalışmalar da yoğun olarak sürmektedir. 22

23 Mesane Kanseri: Kemoterapi ilaçları ve kimyasallar kullanılarak yapılan bazı araştırmalar, otofajinin mesane kanserlerinde etkili bir mekanizma olduğunu göstermiştir. Örneğin günümüzde saç boyalarında yaygın olarak kullanılan ve bir çeşit aromatik amine olan para-fenilendiamin in (p-pd) insan üro-epitel hücrelerinde (SV-HUC-1) ERK1/2 hücre içi sinyal yolunu ve mutant p53 genini aktive ettiği ve bunun sonucunda da otofaji mekanizmasında artış olduğu gözlemlenmiştir (95). Mesane kanserlerinin görülme sıklığının yaşlanmaya bağlı olarak artış göstermesi, birtakım yaşlanma karşıtı ajanların da tedavide kullanılması fikrini doğurmuştur. Meyve sineklerinde yapılan çalışmalarla yaşlanma karşıtı etkisi kanıtlanmış olan Rhodiola rosea ekstraktının, salidroside adı verilen biyoaktif bileşeni ile mesane kanseri hücre hatlarında kullanılmasının hücrelerin büyümelerini engellediği ve birçok hücrede otofajiyi aktive ettiği gösterilmiştir (96). Mesane kanserleri ölümlerinin çoğu kemoterapiye dirençli opere edilemeyen lezyonlardan kaynaklanmaktadır. Farmakolojide bilinen bir anti-oksidant olan Pterostilbene (PT) nin kemoterapiye dirençli mesane kanserlerinde Cyclin A, B, D1 ve prb genlerinin ekspresyonlarını azaltarak hücre döngüsünü durdurduğu ve hücreleri apoptotik ve otofajik ölüme götürdüğü gözlemlenmiştir (97). Günümüzde akut promiyelositik lösemi tedavisinde başarılı bir şekilde kullanılan arsenik trioksidinin mesane kanseri hücre hatlarında Beclin-1 protein ifadesiyle ile bağlantılı olarak otofajik hücre ölümüne sebep olduğu bulunmuştur (98). Epidermal büyüme faktörü reseptörü (EGFR), tirozin kinaz inhibitörleri ve antikorlar ile etkisiz 23

24 hale getirerek, günümüzde önemli bir kemoterapötik hedef olarak görülmektedir. Bu reseptörün Betulinik asit (BA) ve kurkumin ile transkripsiyonunun engellenerek mrna ve protein seviyesinde azaltılmasının mesane kanserlerinde hücre büyümesini durdurduğu ve sonuç olarak hücreleri otofajik ölüme götürdüğü belirlenmiştir (99). Fotodinamik tedavi (PDT), oksijen ve sitotoksik reaktif oksijen türevleri varlığında, ışık absorbe eden moleküllerin görünür ışık ile ışınlanması temeline dayanan bir anti-kanser yaklaşımıdır. Bu yöntemin mesane kanserlerinde ışık duyarlaştırıcısı Hiperisin ile birlikte kullanılması Atg18, Atg12 ve MAP1LC3B gibi otofaji mekanizmasında önemli rol oynayan genlerin ekspresyonunu arttırarak hücreleri öldürdüğü gösterilmiştir (100). Mesane kanserlerinde yapılan diğer bir ilginç çalışma da insan sütünden elde edilen ve programlı hücre ölüm mekanizması ile tümörleri öldürdüğü bilinen HAMLET (human alpha-lactalbumin made lethal to tumor cells) molekülü ile yapılan çalışmadır. Bu çalışmada HAMLET molekülünün hücre içinde ATP miktarını hızla azalttığı ve otofajinin HAMLET ile indüklenen hücre ölümünde önemli rol oynadığı tespit edilmiştir (101). Prostat kanseri: Prostat kanseri hücrelerinde yapılan araştırmalar otofajinin çoğunlukla bir hayatta kalma mekanizması olarak rol oynadığına işaret etmekle birlikte, bazı durumlarda hücre ölüm mekanizması olarak da rol aldığını göstermiştir. Otofajinin prostat kanserinin oluşumunda önemli rol oynadığının en belirgin kanıtı ise Beclin1+/- mutant farelerinde yapılan çalışmadır. Bu farelerin prostat tümörü oluşumuna yatkınlık gösterdiği gözlemlenmiş olup BECN1 geninin 24

25 ve otofajinin tümör baskılamada rol oynadığı belirtilmiştir (102). Bazı prostat kanseri hücrelerinde epidermal büyüme faktörü reseptörünün (EGFR) yüksek oranda ifade edildiği gözlenmiştir. Özellikle androjen hormonlarına dirençli prostat kanser hücre hatlarında, kinaz inhibitörleri yokluğunda EGFR ekspresyonun azaltılması otofajinin aktive olmasına ve adriamisin gibi kemoterapik ajanlara karşı duyarlı hale gelerek apoptotik ölüme neden olmuştur (103). Buna karşın, kinaz inhibitörlerinin ve bilinen kemoterapik ajanların etkisiz olduğu ileri safhadaki prostat kanseri hücre hatlarında ise, androjen reseptörlerinin anormal şekilde aktive olmasına sebep olan Src kinaz (Src/Etk/FAK) komplekslerinin otofaji ile birlikte inaktive edilmesinin bu hücreleri apoptoza duyarlı hale getirdiği gözlenmiştir (104). Prostat tümörleri, yetersiz besin, oksijen ve asidik mikroçevreleri ile tanımlanmaktadırlar. Tümörlerin bu stres ortamına adapte olabilmelerinde androjen reseptörlerinin etkisi vardır. Androjen reseptörlerinin ER şaperon proteini Grp78/BiP ifadesini artırmak yoluyla otofajik hücre ölümünü baskıladıkları gösterilmiştir (105). Buna karşın bir başka çalışmada, androjene bağlı olarak gelişen prostat kanseri tiplerinde androjen ve oksijen yetersizliğinin hücre içi AMPK miktarını arttırdığı gösterilmiştir. Beclin-1 in, AMPK nin alt sinyal yolunda rol oynadığı ve otofajiyi aktive ettiği göz önünde bulundurulduğunda (Şekil 2), otofajinin androjen ve oksijen eksikliğini kompanse eden bir stres yanıtı olarak görev yaptığı öne sürülmüştür (106). Prostat kanserlerinde otofaji-apoptoz ilişkisini gösteren ilginç bir çalışmada faz I klinik deneme aşamasına ulaşmış olan ve adenoviral tedavi olarak uygulanan 25

26 MDA-7/IL-24 dir. Bu organik molekül, Beclin-1 proteinine bağlanmakta, otofajiyi inhibe etmekte ve apoptotik hücre ölümüne neden olmaktadır (107). Yine bu çalışmada Atg5 in kalpain proteazı ile kesilmesi bir başka otofaji-apoptoz geçiş mekanizması olarak tanımlanmıştır. Benzer şekilde ileri aşamadaki prostat kanseri hücrelerinde yapılan diğer bir çalışmada ise yaşam yanlısı Bcl-2 ailesi üyesi Mcl-1 (myeloid cell leukemia-1) proteininin BI-97C1 adlı ajanla farmakolojik olarak baskılanmasının MDA-7/IL-24 ile kombine edilmesi, otofajiden apoptotik ölüme geçişe neden olmuştur (108). Tüm bu çalışmalara ek olarak, pankratistatin (PST) (109), zoledronik asit (110) ve kurkumin (111) gibi kemoterapötik ajanların verildiği metastatik prostat kanseri hücrelerinde otofajinin bir ölüm mekanizması olarak görev yaptığını ve hücre büyümesini durdurduğunu gösteren çalışmalar bulunmaktadır. Böbrek kanserleri: Son yıllarda yapılan çalışmalar, otofaji mekanizmalarında önemli rol oynayan PI3K-Akt-mTOR sinyal yolağında meydana gelen mutasyonların böbrek kanseri oluşumuna sebep olduğunu açıkça göstermiştir ( ). Büyüme faktörlerinin aktive ettiği PI3K ve Akt, mtor u etkin hale getirir (Şekil 2). Aktif hale geçen mtor, 4E-BP1 ve p70s6k yı fosforile ederek protein sentezine ve hücre büyümesine neden olur (117). Besin yetersizliği, açlık ya da rapamisin gibi faktörlerin sonucu olarak mtor un baskılanması, otofajinin uyarılmasına, hücre döngüsünün ve hücre çoğalmasının durmasına ya da immünbaskılanmaya neden olur. Aksi durumda ise hücre büyümesinde artış tümör 26

27 oluşumuna katkı sağlar ( ). Böbrek hücreleri kanserinin detaylı analizlerinde, VHL ve mtor un dahil olduğu bir uyarım döngüsü olduğu gösterilmiştir (112). Bu sonuçlardan yola çıkarak, böbrek kanseri kemoterapilerinde mtor ve VHL proteinleri hedef alınmaktadır. Rapamisinin bulunan ilk mtor inhibitörü olmasına karşın, düşük çözünürlük ve güçlü immün-baskılama özelliğinden dolayı etkili bir anti-kanser ajanı olarak kullanılabilme olasılığı oldukça sınırlıdır (121). Buna karşın, değişik rapamisin analogları dizayn edilmiş olup, birçoğu klinik deneme aşamasındadır. ABD Gıda ve Đlaç Dairesi (FDA) tarafından onaylanan ve yine bir mtor inhibitörü olan Temsirolimus (CCI-779), ileri safhadaki böbrek kanseri hastalarında tedavi amaçlı olarak kullanılmaktadır (Şekil 2) (122). FKBP-12 ile kompleks oluşturarak mtor u inhibe edebilen diğer rapamisin analogları, Deforolimus (AP23573) ve Everolimus (RAD-001) dur. Bunlar, klinik öncesi denemelerde belirgin anti-kanser özellik göstermiş olup bugün klinik denemelerde faz II ve faz III aşamasındadır (122). Klinik deneme aşamasında olan bu anti-kanser ajanlarından başka henüz klinik öncesi deneme aşamasında olan kadmiyum (123), STF ( ), (S)-goniotalamin (ent-1) (127) ve 4-pyridyl-2-anilino-tiazole (PAT) (128) gibi antikanser ajanları da vardır. Bunlardan STF ve PAT ın özellikle VHL geni mutasyonlu böbrek kanseri hücre hatlarında büyümeyi engellediği ve otofajiyi aktive ederek kanser hücrelerini öldürdüğü gösterilmiştir (126, 129). (S)- goniotalamin (ent-1), Goniothalamus bitkisinin sentezlediği bir organik maddenin sentetik formudur. Böbrek kanseri hücrelerinde bu maddenin otofajik ve apoptotik 27

28 protein ekspresyonlarını belirgin şekilde arttırdığı ve hücreleri öldürdüğü gözlenmiştir (127). Sorafenib (NEXAVAR, Bayer), günümüzde böbrek ve karaciğer kanserleri tedavisinde kullanılan FDA onaylı bir multi-kinaz inhibitörüdür. Bu inhibitörün, yine FDA onaylı Pemetrexed (ALIMTA, Lilly) anti-metaboliti ile kombinasyonunun, böbrek kanser hücreleri de dahil olmak üzere, birçok kanser tipinde otofajik hücre ölümünü aktive ettiği bulunmuştur (130). Bugün, klinik öncesi ve klinik deneme aşamasında olan bu ajanlar böbrek kanseri tedavisinde ümit verici sonuçlar vermelerine rağmen, normal böbrek hücreleri üzerine yan etkileri nedeniyle protein-üre artışı, akut böbrek yetmezliği veya hipertansiyona yol açma riski taşımaktadır. Bu nedenle yaygın kullanım öncesi yapılacak çalışmaların sonuçları önemlidir (131). Testis kanseri: En seyrek görülen kanser tiplerinden olan testis kanseri, diğer kanser tiplerinin aksine, görülme sıklığı yaşlılığa bağlı olarak azalan ve daha çok yaşlarında görülen bir kanser tipidir. Günümüzde uygulanan kemoterapi tedavileri oldukça başarılı sonuçlar vermekte olup ölüm oranlarını belirgin oranda azaltmaktadır (132). Bugüne kadar yapılan moleküler analizler, testis tümörlerinin değişik bölgelerinde p62 ekspresyonunun yüksek olduğunu göstermiştir (133). P62, anormal katlanmış ve übikuitinlenmiş proteinler yanında bazı bakterilere de bağlanmakta ve onları otofaji tarafından yıkım için işaretlemektedir. Bu nedenle p62 nin hedefli otofajinin reseptörlerinden birisi olduğu düşünülmektedir. Her ne 28

29 kadar, p62 protein yıkımı otofaji mekanizmasının aktivasyonunda kilit rol oynasa da, bugüne kadar, otofajinin testis kanseriyle ilişkisi hakkında yayınlanmış çalışmalar nadirdir. Leydig hücrelerinde, oksidatif strese karşı koruyucu etkisi olduğu bilinen retinoik asit ile yapılan bir çalışmada, farmakolojik doz üzerindeki retinoik asitin otofajiyi aktive ettiği gösterilmiş, otofaji-apoptoz mekanizmasının hücre içi retinoik asit miktarı ile ilişkili olduğu ve Leydig tümör gelişiminin bu yolla kontrol edildiği önerilmiştir (134). E. Iskemi-reperfüzyon Hasarı ve Otofaji Đskemi organ veya dokulara kan akımının çeşitli nedenlerle kesilmesi sonrası besin ve oksijen açlığından (hipoksi) ortaya çıkan bir durumdur. Kalp, beyin, akciğer, karaciğer, bağırsak, böbrek ve testis gibi organlardaki iskemi klinik vakaların önemli bir bölümünü oluşturmaktadır ve çoğunlukla hayati tehlike arz etmektedir. Đskemik bölgeye kan akımının yeniden başlamasına ise reperfüzyon adı verilir. Đskemik hasar, birbirini izleyen zincirleme birtakım hücresel olaylarla kendisini gösterir ve reperfüzyon sonrasında hasar ağırlaşır (135). Moleküler düzeyde, hipoksinin artmasıyla hücre içinde laktik asit, hipoksantin ve lipid peroksidaz gibi metabolitlerin biriktiği ve ATP miktarının düştüğü gösterilmiştir ( ). Bu olaylar, düzeltilmedikleri durumda hücreleri ölüme götürür. Reperfüzyon sonrası oksijenlenmiş kanın hipoksik dokunun içine yeniden girmesi adenozin, bradikinin, prostasiklin, nitrik oksit (NO) ve reaktif oksijen türevleri (ROS) gibi radikallerin salınmasına ve Akt sinyal yolunun aktive olmasına neden olur 29

30 ( ). Oksijen radikalleri lipid peroksidasyonuna neden olarak hücre zarı bütünlüğünü bozar ve DNA hasarına yol açarak hücre ölümüne neden olur. Diğer yandan, bazı hasarlı hücreler enflamasyonu tetiklerler. Hücre-doku hasarı, proenflamatuar sitokinlerin salgılanmasına ve lökosit infiltrasyonu ve adezyonuna neden olur (145)., IL-1β ve TNF-α gibi sitokinlerin aktive ettiği infiltre hücreler, lizozomal enzimlerin, prostoglandin, ROS ve NO in salgılanmasına öncülük ederek doku hasarlarına ve hücre ölümüne katkıda bulunurlar. Ürolojide iskemi-reperfüzyon daha çok testis ve böbrek gibi organlarda görülmektedir. Testis torsiyonu ve böbrek transplantasyonu iskemi-reperfüzyon hasarı için en önemli örneklerdir. Böbrekte iskemi-reperfüzyon sonrası meydana gelen hasarların kontrolünde rol oynayan önemli bir faktör HIF-1 dir (hypoxia-inducible factor-1) (146). HIF-1β alt ünitesi ve oksijen miktarıyla kontrol edilen HIF-1α alt ünitesi, işlevsel HIF-1 i oluşturur ve hipoksi sonrası birçok stres genini aktive eder. Bu genler arasında protein katlanmasına yardım eden şaperon Hsp70, anti-apoptotik Bcl-2, büyüme faktörü eritropoietin ve damarlanmayı artırıcı VEGF proteinlerinin genleri sayılabilir (144, 147, 148). Ayrca HIF-1 nın aktive edilmesi, pro-apoptotik Bax ve Bid proteinlerinin ifadesini azaltır (149). Tek bir hipoksik indükleme HIF-1α nın 3-6 saat içinde hücre içinde en yüksek seviyeye çıkmasına, sonrasında ise azalmasına neden olur (150). Aynı yüksek seviyede devam eden HIF-1α ekspresyonunun iskemi/reperfüzyon hasarlarının geç-fazlarına kadar koruma sağladığı gösterilmiştir (148, 151). 30

31 Bazı hücrelerde nekroz, iskemi-reperfüzyon hasarının erken dönemlerinden itibaren başlar. Hipoksik durum, hücre içi kalsiyumun artmasına neden olarak kalsiyuma-bağlı proteazlar olan µ-kalpain ve m-kalpain i uyarır. Aktive olan kalpainler, hücre zarı ile iskelet proteinlerini bağlayan α-fodrin i keserler. α-fodrin in proteolitik olarak kesilmesi hücre membran bütünlüğünü bozarak ölüme katkıda bulunur (152). Iskemi-reperfüzyon hasarı esnasında otofajiyi aktive edebilecek birçok sinyal yolu bulunmaktadır. Đskemik travmanın ağırlığı ve süresi, otofaji aktivasyonu için önemli faktörlerdir. Đskemi sonrası glikoz yoksunluğu, ATP seviyesinde azalmaya ve AMP-ATP oranında artışa sebep olmaktadır. AMP artışı, protein kinaz AMPK nin aktive etmekte, bu da mtor u engelleyerek otofajiyi uyarmaktadır (Şekil 2). Otofajiyi tetikleyen diğer bir sinyal de hipoksi koşulları altında Bnip-3 adlı proteinin aktif hale geçmesidir. Hipoksi tarafından başlatılan otofajide, Bnip-3 ifadesi, HIF-1α gen ifade faktörü tarafından arttırılır. Bnip3 BH-3 bölgesine sahiptir. Bu bölge sayesinde Bnip-3 Bcl-2 proteinlerine bağlanarak Beclin-1 in, Bcl-2-Beclin- 1 protein kompleksinden ayrılmasına ve serbest kalmasına neden olur. Serbest kalan Beclin-1, PIP3P üretimin artırılmasına yol açarak otofajiyi uyarır. Ayrıca, Bnip-3 mitokondri zar hasarına yol açarak hücre ölüm yolaklarını aktive eder. Hasarlı mitokondrilerin otofajiyi de uyardıkları bilinmektedir (153). Đskemi sonrası, hücre içi kalsiyum artışı da mitokondri zar yapısının bozulmasına katkıda bulunur ve bu şekilde otofaji uyarımını sağlayabilir (154). Bunlara ek olarak, iskemireperfüzyonun hücre içindeki reaktif oksijen miktarını artırması, redoks yoluyla 31

32 aktive olan Atg4A otofaji proteininin otofajiyi doğrudan uyarmasını sağlayabilir (155). Son olarak otofaji, iskemi-reperfüzyon hasarında görülen sitoplazmada yanlış katlanmış protein birikimi ya da endoplazmik retikulum stresi tarafından doğrudan ya da dolaylı olarak tetiklenebilir (154). Genel kanı, iskemi-reperfüzyon tarafından uyarılan otofajinin hasarı azalttığı ve hücreyi korumaya çalıştığı yönünde olmakla birlikte, otofajinin hücre ölümüne yol açabildiği de bilinmektedir. Diğer organlarda yapılan bazı çalışmalarda, iskemi sonrası görülen otofajinin koruyucu rol oynadığı (156) fakat reperfüzyon tarafından başlatılan otofajinin hücre ölümüne sebep vererek hasar verdiği önerilmiştir (157). Böbrekte, HIF-1α/Hsp70 sinyal yolu tarafından otofaji uyarımının, iskemireperfüzyon hasarlarına karşı uzun süreli bir koruma sağladığı düşünülmektedir (146). Ayrıca hasarlı mitokondrilerin otofaji tarafından temizlenmesi, hücrede reaktif oksijen üretimini sınırlandırarak ve apoptozu uyarıcı pro-apoptotik Bax aktivasyonu ve sitokrom-c salınımını (137, 158) önleyebilir. Bcl-2, Bcl-xL (158) ve Hsp70 nin de (159) bu konuda katkıda bulunduğu düşünülmektedir. Aksi halde hipoksik ya da iskemik koşullarda hücre içi reaktif oksijen üretiminin artması, hücrelerde fonksiyonel bozukluklara ve sonuç olarak nekrotik/apoptotik hücre ölümü yolaklarının aktive olmasına neden olur (136, 138, 160, 161). Polikistik böbrek hastalığının fare modelinde, bölgesel olarak oluşan hipoksinin HIF-1α birikimini ve otofajiyi uyardığı gösterilmiştir (162). Elektron mikroskopi fotoğraflarında otofajik veziküllerin kist sınırları boyunca birikmiş olmaları dikkat çekicidir. Bu böbreklerde otofaji belirteci LC-II ve Beclin-1 32

33 miktarlarında da bir artış gözlenmiştir. Hayvanlarda otofaji manipülasyonu denenmemiş olmakla birlikte, HIF-1α inhibisyonunun böbrek fonksiyonlarında iyileşmeye neden olmadığı rapor edilmiştir. Otofajinin iskemik koşullarda böbrek hasarını etkilediğine dair veri sayısı artmaktadır. Her ne kadar otofajinin hasarı önlemedeki rolü tam olarak anlaşılamamış olsa ve yararlı veya zararlı etkileri olduğu değişik gruplar tarafından önerilmiş olsa da ( , 138), otofaji manipülasyonu, yeni tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi ve böbrek transplantasyon koşullarının iyileştirilmesi için takip edilmesi gereken bir yoldur. Üriner sistem iskemi-reperfüzyonu konusunda yapılan çalışma sayısının artması, otofajinin hangi koşullarda koruyucu, hangi koşullarda zararlı bir etkisi olduğu konusuna açıklık getirecektir. Testiküler iskemi-reperfüzyon hasarı cerrahi manipülasyonlar sonrası görülebildiği gibi, özellikle küçük çocuk ve ergenlerde görülen testis torsiyonuna bağlı olarak da oluşmaktadır. Đskemi-reperfüzyon sırasında oluşan reaktif oksijen türlerinin, mitokondriyal apoptotik sinyal yolağını ve endoplazmik retikulum stress yanıtlarını aktive edebildiği bilinmektedir (166). Testislerde oksidatif stres yükündeki artış, sperm hücrelerinde apoptoza neden olabilir ( ). Sperm hücrelerinde apoptoz her iki ana apoptoz yolağı tarafından ilerleyebilir (170). Mitokondrilere bağlı yolak ve reseptörlere, örneğin Fas a bağlı yolak. Sperm hücrelerindeki Fas reseptörünü uyaran FasL ifadesinin artması, testiküler reperfüzyonu takiben saatler içinde gerçekleşir (169). Iskemi-reperfüzyon hasarının 33

34 enflamatuar tepkisi sırasında ise lökositler, hasar gören bölgede Fas reseptörlerini uyarmaya başlarlar (171, 172). Böylece enflamasyon sperm hücrelerinde kaspaz- 8 in aktivasyonuna ve apoptotik hücre ölümüne neden olur. Ayrıca iskemireperfüzyon hasarı sebebiyle bozulan mitokondri işlevi, kaspaz-9 aktivasyonu ve apoptoz yanında Beclin1 ve LC3 e bağlı otofajiye de neden olur (138, 155, 173,). Laboratuvarımızda yapılan çalışmalar, otofajinin testis torsiyonu sonrasında apoptoz belirteçleriyle birlikte aktive olduğunu ve otofaji proteinlerinde çeşitli değişikliklere neden olduğunu göstermiştir (174). Bu koşullar altında otofajinin nasıl aktive olduğu ve apoptoz mekanizmalarıyla ilişkisi araştırılmaktadır. 5. Sonuç Otofaji, tıbbi araştırmalarda da bilimsel ilgi odağı olmaya başlayan bir alandır. Buna bağlı olarak, otofaji ile ilgili ve klinik bağlantılı yayın sayısı son on yılda belirgin bir şekilde artış göstermiştir. Otofaji gen ve proteinlerinin işlevlerinin daha iyi anlaşılmaya başlanması ve farklı model organizmaların ortaya çıkarılması, bu biyolojik olayın hücresel stres yanıtlarında, hücre yaşam ve ölümündeki rolü yanında, birçok hastalık patogenezindeki önemininin de farkına varmamıza neden olmuştur. Bu bilgi birikimi, halen karmaşık bir tablo ortaya koymaktadır. Üroloji ile ilgili çalışmalarda da görüldüğü gibi otofaji, bazı koşullarda hücrenin strese direncini artırmakta ve hayatta kalmasına yol açmaktadır. Buna karşın, bazı farklı koşullarda, otofajik aktivite ölümle sonuçlanmaktadır. Özellikle kemoterapi ilaçları ve bazı toksinlerin hücre 34

35 bazında etkilerinin, otofajik hücre ölümüne bağlı olduğu konusundaki çalışmaların sayısı giderek artmaktadır. Otofaji alanındaki moleküler ve klinik çalışmaların artması ve konu hakkında daha fazla ve ayrıntılı bilgi sahibi olunması, yalnızca temel tıp bilgimizi zenginleştirmeyecek, klinikte karşımıza çıkan önemli sağlık sorunları olan kanser, enfeksiyon, iskemik ve otoimmün hastalıklara karşı yeni tanı, tedavi ve takip yöntemleri ortaya çıkarılmasına katkıda bulunacaktır. 35

36 6. Kaynakça 1. Kim J, Klionsky DJ. Autophagy, cytoplasm-to-vacuole targeting pathway and pexophagy in yeast and mammalian cells. Annu Rev Biochem. 2000; 69: Gozuacik D and Kimchi A. Autophagy as a cell death and tumor suppressor mechanism. Oncogene : Kuma A, Mizushima N. Physiological role of autophagy as an intracellular recycling system: with an emphasis on nutrient metabolism. Semin. Cell Dev. Biol , Xie Z, Klionsky DJ. Autophagosome formation: core machinery and adaptation. Nat Cell Biol : Obara K and Ohsumi Y. Dynamics and function of PtdIns(3)P in autophagy. Autophagy 2008 Oct 1;4(7): Pattingre S, Levine B Bcl-2 inhibition of autophagy: A new route to cancer? Cancer Res : Maiuri M, Tasdemir E, Criollo A, et al. Control of autophagy by oncogenes and tumor suppressor genes. Cell Death Differ. 2008:16: Levine B, Abrams J p53: The Janus of autophagy? Nat Cell Biol. 2008;10:

37 9. Tasdemir E, Maiuri M, Morselli E, et al A dual role of p53 in the control of autophagy. Autophagy; 2008b:4: Feng Z, Zhang H, Levine AJ, et al. The coordinate regulation of the p53 and mtor pathways in cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2005; 102: Crighton D, Wilkinson S, O Prey J, et al. DRAM, a p53-induced modulator of autophagy, is critical for apoptosis. Cell. 2006;126: Morselli E, Tasdemir E, Maiuri M, et al. Mutant p53 protein localized in the cytoplasm inhibits autophagy. Cell Cycle. 2008; 7: Tasdemir E, Maiuri M, Galluzzi L, et al. Regulation of autophagy by cytoplasmic p53. Nat Cell Biol. 2008;10: Levine B, Klionsky DJ. Development by self-digestion: Molecular mechanisms and biological functions of autophagy. Dev Cell. 2004;6: Levine B, Kroemer G. Autophagy in the pathogenesis of disease. Cell 2008;132: Mizushima N, Levine B, Cuervo A, et al. Autophagy fights disease through cellular selfdigestion. Nature 2008;451: Komatsu M, Waguri S, Koike M, et al. Homeostatic levels of p62 control cytoplasmic inclusion body formation in autophagy-deficient mice. Cell 2007; Dec. 14:131(6): Mathew R, Karp CM, Beaudoin B, et al. Autophagy suppresses tumorigenesis through elimination of p62. Cell 2009;137,

38 19. Hara T, Nakamura K, Matsui M, et al. Suppression of basal autophagy in neural cells causes neurodegenerative disease in mice, Nature 2006;441(7095): Komatsu M, Waguri S, Chiba T, et al. Loss of autophagy in the central nervous system causes neurodegeneration in mice. Nature 2006;441(7095): Scott RC, Schuldiner O and Neufeld TP. Role and regulation of starvationinduced autophagy in the Drosophila fat body. Dev. Cell 2004; 7: Bellot G, Garcia-Medina R, Gounon P, et al. Hypoxia-induced autophagy is mediated through Hypoxia-Inducible Factor induction of BNIP3 and BNIP3L via their BH3 domains. Mol. Cell Biol. 2009; 29: Chen Y, McMillan-Ward E, Kong J, Iet al. Oxidative stress induces autophagic cell death independent of apoptosis in transformed and cancer cells. Cell Death Differ. 2008; 15: Meléndez A, Tallóczy Z, Seaman M, et al. Autophagy genes are essential for dauer development and life-span extension in C. elegans. Science, 2003; 301: Martinez-Vicente M, Talloczy Z, Wong E, et al. Cargo recognition failure is responsible for inefficient autophagy in Huntington s disease. Nat. Neurosci. 2010; 13: Matsuda N and Tanaka K. Does impairment of the ubiquitin- proteasome system or the autophagy-lysosome pathway predispose individuals to 38

39 neurodegenerative disorders such as Parkinson s Disease? J. Alzheimers Dis. 2010; 19: Martinet W and De Meyer GRY. Autophagy in atherosclerosis: a cell survival and death phenomenon with therapeutic potential. Circ. Res. 2009; 104: Wang AL, Lukas TJ, Yuan M, et al. Autophagy and exosomes in the aged retinal pigment epithelium: possible relevance to drusen formation and agerelated macular degeneration. PLoS ONE 2009; 4: e Hara T, Nakamura K, Masui M, et al. Suppression of basal autophagy in neural cells causes neurodegenerative disease in mice. Nature 2006; 441: Mathew R, Karantza-Wadsworth V and White E Role of autophagy in cancer. Nat. Rev. Cancer 2007; 7: Degenhardt K, Mathew R, Beaudoin B, et al. Autophagy promotes tumor cell survival and restricts necrosis, inflammation, and tumorigenesis. Cancer Cell 2006; 10: Huber TB, Benzing T. The slit diaphragm: a signalling platform to regulate podocyte function. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2005;14(3): Pavenstadt H, Kriz W, Kretzler M. Cell biology of the glomerular podocyte. Physiol Rev. 2003; 83(1): White KE, Bilous RW, Marshall SM. et al. Podocyte number in normotensive type 1 diabetic patients with albuminuria. Diabetes. 2002;51(10):

40 35. Lemley KV, Lafayette RA, Safai M. et al. Podocytopenia and disease severity in IgA nephropathy. Kidney Int. 2002;61(4): Wiggins RC. The spectrum of podocytopathies: a unifying view of glomerular diseases. Kidney Int. 2007;71(12): Vogelmann SU, Nelson WJ, Myers BD, et al. Urinary excretion of viable podocytes in health and renal disease. Am J Physiol Renal Physiol. 2003; 285(1):F40 F Skoberne A, Konieczny A, Schiffer M. Glomerular epithelial cells in the urine: what has to be done to make them worthwhile? Am J Physiol Renal Physiol. 2009;296(2):F230 F Floege J, Hackmann B, Kliem V. et al. Age-related glomerulosclerosis and interstitial fibrosis in Milan normotensive rats: a podocyte disease. Kidney Int. 1997;51(1): Brandis A, Bianchi G, Reale E, et al. Age-dependent glomerulosclerosis and proteinuria occurring in rats of the Milan normotensive strain and not in rats of the Milan hypertensive strain. Lab Invest. 1986;55(2): Cuervo AM, Bergamini E, Brunk UT, et al. Autophagy and aging: the importance of maintaining clean cells. Autophagy. 2005;1(3): Mizushima N, Levine B, Cuervo AM, et al. Autophagy fights disease through cellular selfdigestion. Nature. 2008;451(7182): Winslow AR, Rubinsztein DC. Autophagy in neurodegeneration and development. Biochim Biophys Acta. 2008;1782(12):

41 44. Asanuma K, Tanida I, Shirato I. et al. MAP-LC3, a promising autophagosomal marker, is processed during the differentiation and recovery of podocytes from PAN nephrosis. FASEB J. 2003;17(9): Mizushima N, Yamamoto A, Matsui M, et al. In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker. Mol Biol Cell. 2004;15(3): Asanuma K, Tanida I, Shirato I, et al. MAP-LC3, a promising autophagosomal marker, is processed during the differentiation and recovery of podocytes from PAN nephrosis. Faseb J. 2003; Jun;17(9): Yadav A, Vallabu S, Arora s, et al. ANG II promotes autophagy in podocytes. Am J Physiol Cell Physiol. 2010;299: C488 C Kerjaschki D. Dysfunctions of cell biological mechanisms of visceral epithelial cell (podocytes) in glomerular diseases. Kidney Int. 1994;45(2): Sato S, Yanagihara T, Ghazizadeh M, et al. Correlation of autophagy type in podocytes with histopathological diagnosis of IgA nephropathy. Pathobiology. 2009;76(5): Hartleben B, Gödel M, Meyer-Schwesinger C, et al. Autophagy influences glomerular disease susceptibility and maintains podocyte homeostasis in aging mice. J. Clin. Invest. 2010;120(4): Elinder CG, Lind B, Kjellström T, et al. Cadmium in kidney cortex, liver, and pancreas from Swedish autopsies. Estimation of biological half time in kidney 41

42 cortex, considering calorie intake and smoking habits. Arch. Environ. Health 1976; 31,: Nordberg M, Jin T, Nordberg GF. Cadmium, metallothionein and renal tubular toxicity. IARC Sci. Publ. 1992;118: Nordberg GF, Jin T, Wu X, et al. Prevalence of kidney dysfunction in humans relationship to cadmium dose, metallothionein, immünological and metabolic factors. Biochimie 2009; 91: Suwazono Y, Sand S, Vahter M, et al. Benchmark dose for cadmium-induced renal effects in humans. Environ. Health Perspect. 2006;114: Suwazono Y, Kido T, Nakagawa H, et al. Biological half-life of cadmium in the urine of inhabitants after cessation of cadmium exposure. Biomarkers 2009;14: Deretic V and Levine B. Autophagy, immünity, and microbial adaptations. Cell Host Microbe 2009; 5: Virgin HW and Levine B. Autophagy genes in immünity. Nature Immünol. 2009; 10: Kroemer G, Marino G and Levine B. Autophagy and the integrated stres response. Mol. Cell 2010;40: Saitoh T And Akira S. Regulation of innate immüne responses by autophagyrelated proteins. J. Cell Biol. (2010);189: Beutler B. Microbe sensing, positive feedback loops, and the pathogenesis of inflammatory diseases. Immünol. Rev. 2009; 227:

43 61. Kawai T, and Akira S. The roles of TLRs, RLRs and NLRs in pathogen recognition. Int. Immünol. 2009; 21: Liu YC, Penninger J, and Karin M. Immünity by ubiquitylation: a reversible process of modification. Nat. Rev. Immünol. 2005; 5: Bhoj VG, and Chen ZJ. Ubiquitylation in innate and adaptive immünity. Nature 2009; 458: Deretic V. Autophagy in innate and adaptive immünity. Trends Immünol. 2005; 26: Deretic V, and Levine B. Autophagy, immünity, and microbial adaptations. Cell Host Microbe. 2009; 5: Virgin HW, and Levine B. Autophagy genes in immünity. Nat. Immünol. 2009; 10: Berón, W, Gutierrez MG, Rabinovitch M, et al. Coxiella burnetii localizes in a Rab7-labeled compartment with autophagic characteristics. Infect. Immün. 2002; 70: Nakagawa I, Amano A, Mizushima N, et al. Autophagy defends cells against invading group A Streptococcus. Science. 2004; 306: Romano PS, Gutierrez MG, Berón W, et al. The autophagic pathway is actively modulated by phase II Coxiella burnetii to efficiently replicate in the host cell. Cell. Microbiol. 2007; 9:

44 70. Yamaguchi H, Nakagawa I, Yamamoto A, et al. An initial step of GAScontaining autophagosome-like vacuoles formation requires Rab7. PLoS Pathog. 2009; 5:e Gutierrez MG, Master SS, Singh SB, et al. Autophagy is a defense mechanism inhibiting BCG and Mycobacterium tuberculosis survival in infected macrophages. Cell. 2004; 119: Singh SB, Davis AS, Taylor GA, et al. Human IRGM induces autophagy to eliminate intracellular mycobacteria. Science. 2006; 313: Zhao Z, Fux B, Goodwin M, et al. Autophagosome-independent essential function for the autophagy protein Atg5 in cellular immünity to intracellular pathogens. Cell Host Microbe. 2008; 4: Ogawa M, Yoshimori T, Suzuki T, et al. Escape of intracellular Shigella from autophagy. Science. 2005; 307: Dreux M and Chisari FV. Viruses and the autophagy machinery. Cell Cycle 2010; 9, Dupont, N, Lacas-Gervais S, Bertout J, et al. Shigella phagocytic vacuolar membrane remnants participate in the cellular response to pathogen invasion and are regulated by autophagy. Cell Host Microbe. 2009;6: Ponpuak, M, Davis AS, Roberts EA, et al. Delivery of cytosolic components by autophagic adaptor protein p62 endows autophagosomes with unique antimicrobial properties. Immunity. 2010;32:

45 78. Gannagé M, and Münz C. Autophagy in MHC class II presentation of endogenous antigens. Curr. Top. Microbiol. Immünol. 2009; 335: Nimmerjahn F, Milosevic S, Behrends U, et al. Major histocompatibility complex class II-restricted presentation of a cytosolic antigen by autophagy. Eur. J. Immünol. 2003; 33: Dengjel J, Schoor O, Fischer R, et al. Autophagy promotes MHC class II presentation of peptides from intracellular source proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005; 102: Paludan C, Schmid D, Landthaler M. et al. Endogenous MHC class II processing of a viral nuclear antigen after autophagy. Science. 2005; 307: Zhou D, Li P, Lin Y. et al. Lamp-2a facilitates MHC class II presentation of cytoplasmic antigens. Immünity. 2005; 22: Schmid D, Pypaert M, and Münz C. Antigen-loading compartments for major histocompatibility complex class II molecules continuously receive input from autophagosomes. Immünity. 2007; 26: Nedjic J, Aichinger M, Emmerich J, et al. Autophagy in thymic epithelium shapes the T-cell repertoire and is essential for tolerance. Nature. 2008; 455: Jagannath C, Lindsey DR, Dhandayuthapani S, et al. Autophagy enhances the efficacy of BCG vaccine by increasing peptide presentation in mouse dendritic cells. Nat. Med. 2009; 15:

46 86. English L, Chemali M, Duron J, et al. Autophagy enhances the presentation of endogenous viral antigens on MHC class I molecules during HSV-1 infection. Nat. Immünol. 2009; 10: Lee HK, Mattei LM, Steinberg BE, et al. In vivo requirement for Atg5 in antigen presentation by dendritic cells. Immünity. 2010; 32: Maiuri MC, Tasdemir E, Criollo A et al. Control of autophagy by oncogenes and tumor suppressor genes; Cell Death and Diff. 2009; 16, Mathew, R., Kongara, S., Beaudoin, B et al. Autophagy suppresses tumor progression by limiting chromosomal instability. Genes & Dev. 2007; 21: Turcotte S and Giaccia A.J. Targeting cancer cells through autophagy for anticancer therapy. Curr. Opin. Cell Biol. 2010, 22: Li Z, Chen B, Wu Y et al. Genetic and epigenetic silencing of the beclin 1 gene in sporadic breast tumors. BMC Cancer ; Chen N, Karantza V. Autophagy as a therapeutic target in cancer. Cancer Biol Ther. 2011;11: Gozuacik D, Kimchi A. Autophagy and cell death. Curr Top Dev Biol. 2007; 78: Baehrecke EH. Autophagy: dual roles in life and death? Nat Rev Mol Cell Biol. 2005; 6 : Prof. Dr. A. Murat Tuncer. Türkiye de Kanser Kontrolü. Ankara, T.C. Sağlık Bakanlığı Kanserle Savaş Dairesi Başkanlığı,

47 96. Huang YC, Hung WC, Chye SM et al. para-phenylenediamine-induced autophagy in human uroepithelial cell line mediated mutant p53 and activation of ERK signaling pathway. Toxicol In Vitro Jun Liu Z, Li X, Simoneau AR et al. Rhodiola rosea extracts and salidroside decrease the growth of bladder cancer cell lines via inhibition of the mtor pathway and induction of autophagy. Mol Carcinog. 2011; Apr 22. doi: /mc Chen RJ, Ho CT, Wang YJ. Pterostilbene induces autophagy and apoptosis in sensitive and chemoresistant human bladder cancer cells. Mol Nutr Food Res ;12: Chai CY, Huang YC, Hung WC et al. Arsenic salts induced autophagic cell death and hypermethylation of DAPK promoter in SV-40 immortalized human uroepithelial cells. Toxicol Lett. 2007; 173 : Chadalapaka G, Jutooru I, Burghardt R, et al. Drugs that target specificity proteins downregulate epidermal growth factor receptor in bladder cancer cells. Mol Cancer Res. 2010; 5 : Buytaert E, Matroule JY, Durinck S et al. Molecular effectors and modulators of hypericin-mediated cell death in bladder cancer cells. Oncogene. 2008; 27: Hallgren O, Aits S, Brest P et al. Apoptosis and tumor cell death in response to HAMLET (human alpha-lactalbumin made lethal to tumor cells). Adv Exp Med Biol. 2008; 606:

48 103. Jin S, White E Role of autophagy in cancer: management of metabolic stress. Autophagy. 2007; 3 : Xu S, Weihua Z. Loss of EGFR induced autophagy sensitizes hormone refractory prostate cancer cells to adriamycin. Prostate. 2011; 71: Kung HJ. Targeting tyrosine kinases and autophagy in prostate cancer. Horm Cancer. 2011; 2: Bennett HL, Fleming JT, O'Prey J et al. Androgens modulate autophagy and cell death via regulation of the endoplasmic reticulum chaperone glucose-regulated protein 78/BiP in prostate cancer cells. Cell Death Dis Sep 9; Chhipa RR, Wu Y, Ip C. AMPK-mediated autophagy is a survival mechanism in androgen-dependent prostate cancer cells subjected to androgendeprivation and hypoxia. Cell Signal. 2011; 23: Bhutia SK, Das SK, Azab B. Autophagy switches to apoptosis in prostate cancer cells infected with melanoma differentiation associated gene- 7/interleukin-24 (mda-7/il-24). Autophagy Sep 1;7(9) Dash R, Azab B, Quinn BA et al. Apogossypol derivative BI-97C1 (Sabutoclax) targeting Mcl-1 sensitizes prostate cancer cells to mda-7/il-24- mediated toxicity. Proc Natl Acad Sci U S A : Griffin C, McNulty J, Pandey S. Pancratistatin induces apoptosis and autophagy in metastatic prostate cancer cells. Int J Oncol. 2011; 38:

49 111. Lin JF, Lin YC, Lin YH et al. Zoledronic acid induces autophagic cell death in human prostate cancer cells. J Urol. 2011;185 : Teiten MH, Gaascht F, Cronauer M et al. Anti-proliferative potential of curcumin in androgen-dependent prostate cancer cells occurs through modulation of the Wingless signaling pathway. Int J Oncol. 2011; 38 : Huber TB, Walz G, Kuehn EW. mtor and rapamycin in the kidney: signaling and therapeutic implications beyond immünosuppression. Kidney Int. 2011;79: Sato T, Nakashima A, Guo L et al. Single amino-acid changes that confer constitutive activation of mtor are discovered in human cancer. Oncogene. 2010; 29 : Ciuffreda L, Di Sanza C, Incani UC et al. The mtor pathway: a new target in cancer therapy. Curr Cancer Drug Targets. 2010;10: Advani SH. Targeting mtor pathway: A new concept in cancer therapy. Indian J Med Paediatr Oncol. 2010; 31: Azim H, Azim HA Jr, Escudier B. Targeting mtor in cancer: renal cell is just a beginning. Target Oncol. 2010; 5: Tan ML, Ooi JP, Ismail N et al. Programmed cell death pathways and current antitumor targets. Pharm Res. 2009;26: Kondo Y, Kanzawa T, Sawaya R et al. The role of autophagy in cancer development and response to therapy. Nat Rev Cancer. 2005; 5:

50 120. Murakami M, Ichisaka T, Maeda M et al. mtor is essential for growth and proliferation in early mouse embryos and embryonic stem cells. Mol Cell Biol. 2004; 24 : Boulay A, Lane HA. The mammalian target of rapamycin kinase and tumor growth inhibition. Recent Results Cancer Res. 2007;172: Mita M, Sankhala K, Abdel-Karim I. Deforolimus (AP23573) a novel mtor inhibitor in clinical development. Expert Opin Investig Drugs : Malizzia LJ, Hsu A. Temsirolimus, an mtor inhibitor for treatment of patients with advanced renal cell carcinoma. Clin J Oncol Nurs : Templeton DM, Liu Y. Multiple roles of cadmium in cell death and survival. Chem Biol Interact Nov 5;188(2): Chan DA, Giaccia AJ. Targeting cancer cells by synthetic lethality: autophagy and VHL in cancer therapeutics. Cell Cycle. 2008:19: Turcotte S, Chan DA, Sutphin PD et al. A molecule targeting VHL-deficient renal cell carcinoma that induces autophagy. Cancer Cell. 2008; 14 : Turcotte S, Sutphin PD, Giaccia AJ. Targeted therapy for the loss of von Hippel-Lindau in renal cell carcinoma: a novel molecule that induces autophagic cell death. Autophagy ;4 :

51 128. de Fátima A, Zambuzzi WF, Modolo LV et al. Cytotoxicity of goniothalamin enantiomers in renal cancer cells: involvement of nitric oxide, apoptosis and autophagy. Chem Biol Interact. 2008;176 : Kaelin WG Jr. The concept of synthetic lethality in the context of anticancer therapy.nat Rev Cancer ;5 : Bareford MD, Park MA, Yacoub A et al. Sorafenib Enhances Pemetrexed Cytotoxicity through an Autophagy-Dependent Mechanism in Cancer Cells. Cancer Res. 2011; 71 : Hay MP, Turcotte S, Flanagan JU et al. 4-Pyridylanilinothiazoles that selectively target von Hippel-Lindau deficient renal cell carcinoma cells by inducing autophagic cell death. J Med Chem. 2010; 53 : Rollino C, Beltrame G, Ferro M et al. Cancer treatment-induced nephrotoxicity: BCR-Abl and VEGF inhibitors. G Ital Nefrol. 2010; 27 Suppl 50:S Watson J.V. Stewart J. Evan G. et al Br J. Cancer 1986: 53, Perri M, Pingitore A, Cione E et al. Proliferative and anti-proliferative effects of retinoic acid at doses similar to endogenous levels in Leydig MLTC-1/R2C/TM-3 cells. Biochim Biophys Acta. 2010; 1800: de Groot H, and Rauen U. Ischemia-reperfusion injury: processes in pathogenetic networks: a review. Transplant Proc 2007 ; 39(2): Chien CT, Lee PH, Chen CF. et al. De novo demonstration and colocalization of free-radical production and apoptosis formation in rat kidney 51

52 subjected to ischemia reperfusion, J of the A Soc of Nephr,2001; 12 (5): Chien CT, Chang TC, Tsai CY et al. Adenovirus-mediated bcl-2 gene transfer inhibits renal ischemia/reperfusion induced tubular oxidative stress and apoptosis, A J of Transpl, 2005; 5 (6): Chien CT, Shyue SK and M.K. Lai, et al. Bcl-xL augmentation potentially reduces ischemia/reperfusion induced proximal and distal tubular apoptosis and autophagy, Transplantation, 2007; 84 (9): Yu HJ, Chien CT, Laiet YJ, et al. Hypoxia preconditioning attenuates bladder overdistension-induced oxidative injury by up-regulation of Bcl-2 in the rat, J of Phys 2004; 554 (3) : Yu HJ, Lin BR, Lee HS, et al. Sympathetic vesicovascular reflex induced by acute urinary retention evokes proinflammatory and proapoptotic injury in rat liver, American J of Physiol Renal Physiol, 2005 ; 288 (5), Ostadal,B, Kolar F, Pelouch, V.et al. Intermittent high altitude and the cardiovascular system. In: M. Nagano, N. Takeda and N.S. Dhalla, Eds. The Adapted Heart, Raven Press, New York (1994), pp Yellon,DM and Downey JM, Preconditioning the myocardium: from cellular physiology to clinical cardiology, Physiol Rev,2003; 83 (4),

53 143. Hausenloy D, Wynne A, Duchen M, et al. Transient mitochondrial permeability transition pore opening mediates preconditioning-induced protection, Circulation,2004; 109 (14): Uchiyama T, Engelman RM, Maulik N, et al. Role of Akt signaling in mitochondrial survival pathway triggered by hypoxic preconditioning, Circulation, 2004; 109 (24): Gute DC, Ishida T, Yarimizu K, and Korthuis RJ. Inflammatory responses to ischemia and reperfusion in skeletal muscle. Mol Cell Biochem 1998; 179(1-2): Yeh CH,Hsu PS,Yang CC, et al. Hypoxic preconditioning reinforces HIFalpha-dependent HSP70 signaling to reduce ischemic renal failure-induced renal tubular apoptosis and autophagy.life Science 2010;86 ( 3-4),16: Bernaudin M, Nedelec AS, Divoux D, et al. Normobaric hypoxia induces tolerance to focal permanent cerebral ischemia in association with an increased expression of hypoxia-inducible factor-1 and its target genes, erythropoietin and VEGF, in the adult mouse brain, J of Cer Blood Flow & Metabolism (2002); 22 (4) Erler, JT, Cawthorne CJ, Williams KJ, et al. Hypoxia-mediated downregulation of Bid and Bax in tumors occurs via hypoxia-inducible factor 1- dependent and -independent mechanisms and contributes to drug resistance,;mol Cell Bio ; 24 (7),

54 149. Uchida T, Rossignol F,Matthay MA, et al. Prolonged hypoxia differentially regulates hypoxia-inducible factor (HIF)-1alpha and HIF-2alpha expression in lung epithelial cells: implication of natural antisense HIF- 1alpha, J of Biol Che,2004 ; 279 (15) : Bhatt K, Feng L, Pabla N et al. Effects of targeted Bcl-2 expression in mitochondria or endoplasmic reticulum on renal tubular cell apoptosis, American Journal of Physiology Renal Physiology.2008; 294 (3) Shiraishi K, Naito K, and Yoshida K. Inhibition of calpain but not caspase protects the testis against injury after experimental testicular torsion of rat. Biol Reprod 2000; 63(5): Chinnadurai G, Vijayalingam S, and Gibson SB. BNIP3 subfamily BH3- only proteins:mitochondrial stress sensors in normal and pathological functions. Oncogene 27 Suppl 2008;1:S Gustafsson AB, and Gottlieb RA. Autophagy in ischemic heart disease. Circ Res 2009;104(2): Scherz-Shouval R, Shvets E, Fass E, Shorer H, Gil L, and Elazar Z. Reactive oxygen species are essential for autophagy and specifically regulate the activity of Atg4. EMBO J 2007; 26(7): , 155. Hamacher-Brady A, Brady NR, Gottlieb RA. Enhancing macroautophagy protects against ischemia/reperfusion injury in cardiac myocytes.j Biol Chem 2006; 281(40):

55 156. Matsui Y, Takagi H, Qu X, et al. Distinct roles of autophagy in the heart during ischemia and reperfusion: roles of AMP-activated protein kinase and Beclin 1 in mediating autophagy. Circ Res 2007; 100(6): Li P, Nijhawan D, Budihardjo I, Srinivasula SM, Cytochrome c and datpdependent formation of Apaf-1/caspase-9 complex initiates an apoptotic protease cascade,cell, 1997; 91 (4), Matsumori Y, Northington FJ, Hong SM,et al. Reduction of caspase-8 and -9 cleavage is associated with increased c-flip and increased binding of Apaf-1 and Hsp70 after neonatal hypoxic/ischemic injury in mice overexpressing Hsp70, Stroke,2006; 37 (2); Liu G,Sun Y, Li Z, Apoptosis induced by endoplasmic reticulum stress involved in diabetic kidney disease, Bioche and Biophy Rese,2008; 370 (4): Belibi F, Zafar I, Ravichandran K et al. Hypoxia-inducible factor-1α (HIF- 1α) and autophagy in polycystic kidney disease (PKD) Am J Physiol Renal Physiol. 2011;300: Isaka Y, Kimura T, Takabatake Y. The protective role of autophagy against aging and acute ischemic injury in kidney proximal tubular cells. Autophagy. 2011; 7 (9) Turkmen K, Martin J, Akcay A et al. Apoptosis and autophagy in cold preservation ischemia. Transplantation. 2011; 91:

56 163. Suzuki C, Isaka Y, Takabatake Y et al. Participation of autophagy in renal ischemia/reperfusion injury. Biochem Biophys Res Commun ;368: Chien CT, Shyue SK, Lai MK Bcl-xL augmentation potentially reduces ischemia/reperfusion induced proximal and distal tubular apoptosis and autophagy. Transplantation. 2007; 84: Kadara H, Lacroix L, Lotan D, et al. Induction of endoplasmic reticulum stress by the pro-apoptotic retinoid N-(4-hydroxyphenyl)retinamide via a reactive oxygen species-dependent mechanism in human head and neck cancer cells, Cancer Biology & therapy, 2007; 6(5), Turner TT, and Miller DW. On the synthesis and secretion of rat seminiferous tubule proteins in vivo after ischemia and germ cell loss. Biol Reprod 1997; 57(6): Turner TT, Tung KS, Tomomasa H et al. Acute testicular ischemia results in germ cell-specific apoptosis in the rat. Biol Reprod 1997; 57(6): Lysiak JJ, Turner SD, and Turner TT. Molecular pathway of germ cell apoptosis following ischemia/reperfusion of the rat testis. Biol Reprod (5): Richburg JH, Nanez A, Williams LR, Embree ME, and Boekelheide K. Sensitivity of testicular germ cells to toxicant-induced apoptosis in gld mice that express a nonfunctional form of Fas ligand. Endocrinology 2000; 141(2):

57 170. Liles WC, Kiener PA, Ledbetter et al. Differential expression of Fas (CD95) and Fas ligand on normal human phagocytes: implications for the regulation of apoptosis in neutrophils. J Exp Med 1996; 184(2): Hsieh SC, Huang MH, Tsai CY, et al. The expression of genes modulating programmed cell death in normal human polymorphonuclear neutrophils. Biochem Biophys Res Commun 1997; 233(3): Salahudeen AK, Huang H, Joshi M et al. Involvement of the mitochondrial pathway in cold storage and rewarming-associated apoptosis of human renal proximal tubular cells, Ame. J of Transp,2003: 3 (3): Scherz-Shouval R, Shvets E, Fass E, Shorer H, Gil L, and Elazar Z. Reactive oxygen species are essential for autophagy and specifically regulate the activity of Atg4. EMBO J 2007; 26(7): , 174. Zeynep Đtah, Işın Doğan Ekici, Sinan Ekici ve Devrim Gözüaçık, yayın aşamasında 57

58 Şekil 1: Otofaji Regülasyonu 58

59 Şekil 2: mtor sinyal yolu 59