HÜCRELER ARASI HABERLEŞME VE İLETİŞİM

Transkript

1 HÜCRELER ARASI HABERLEŞME VE İLETİŞİM

2 HÜCRE HABERLEŞMESİNE GENEL BAKIŞ Hücre haberleşmesi canlılığın erken döneminde evrimleşmiştir. Yakın zamana kadar tek ve çok hücreli canlılar, hücreler arası iletişimin olup olmaması konusunda ayrım gösteriyorlardı. Ancak yapılan araştırmalar sonucunda sadece çok hücreli canlıların değil, tek hücreli canlılarında hücreler arası haberleşme yaptığı bulunmuştur. Bunun sonucu olarak da hücre haberleşme mekanizmasının öncelikle ilk prokaryotlar ve tek hücreli ökaryotlarda evrimleştiği daha sonra da bu olayın çok hücreli organizmalara adapte edildiği düşünülmüştür.

3 Mayalarda Haberleşme Bir fungus olan Saccharomyces cerevisiae eşini kimyasal haberleşme yöntemi ile bulmaktadır. Bu fungusun a ve alfa adı verilen iki cinsi vardır. a çiftleşme tipi olarak adlandırılan hücreler a faktörü adı verilen kimyasal bir sinyal salgılarlar. Bu protein yakındaki bir alfa fungusunun hücre yüzeyindeki reseptörlerine bağlanır. Aynı şekilde bir alfa fungusuda alfa faktörü salgılar ve bu proteinde a fungusunun reseptörlerine bağlanır. Bunun sonucu olarak iki hücre tipi birbirine doğru büyümeye başlarlar. Sonuçta zıt tipte ki iki hücre içeriği kaynaşır.

4 Çiftleşme faktörleri alışverişi Çiftleşme Yeni a/α hücresi

5 Cıvık Mantarlarda Hücresel Haberleşme Cıvık Mantarlarda buna benzer kimyasal bir uyarıcı yollarlar. Bu uyarıcının adı Cyclic AMP (camp] dır. Ortamda besin azlığı veya daha zorlu durumlarda bu hücreler camp salgılarlar ve ortamdaki diğer hücreler bu sinyale doğru gelerek öbekleşirler. camp diğer komşu hücrelerin içine girer ve bu şekilde onların birbirleriyle bir araya gelmesini sağlar. Bu şekilde bir araya gelen hücreler kalın duvarlı sporlar üretir. Sporlar ortam koşulları iyileşene kadar hayatta kalır.

6 Yerel ve Uzak Mesafeden Haberleşme İletişim içinde olan hücreler, birbirlerine yakın veya uzak olma durumuna göre farklı haberleşme tipleri kullanırlar. Eğer hücreler birbirlerine yakınsa o zaman LOKAL(YEREL) HABERLEŞME dediğimiz durum ortaya çıkar. Bir hayvan hücresi yakınında ki başka bir hücreye sinyal yollayarak (büyüme faktörleri) onun büyüme ve çoğalmasını aktive eder. Bu şekilde görülen lokal haberleşme tipi Parakrin Haberleşme olarak adlandırılır. Parakrin haberleşmede sinyali veren ve sinyali alan hücre tipi aynı değildir. T lenfositler antijenik uyarıya karşı Otokrin Haberleşme yi kullanırlar. Bu sayede T lenfosit sayısı artar ve bağışıklık antijene karşı güçlenmiş olur. Otokrin Haberleşmede sinyali veren ve alan hücreler aynı tip hücrelerdir. Anormal otokrin haberleşme kanser hücrelerinin kontrolsüz şekilde çoğalmasına neden olur.

7 Yerel ve Uzak Mesafeden Haberleşme Lokal Haberleşme gösteren hücrelerdeki bir diğer haberleşme tipi Sinaptik Haberleşme dir. Bu özelleşmiş haberleşme tipi hayvanlardaki sinir sisteminde gerçekleşir. Nöron, kimyasal bir haberci olan Nörotransmitter madde yi oluşturur. Çevreden gelen uyarıcı etkenler sonucunda nöronun aksonu boyunca ilerleyen elektriksel ileti, akson ucunda bulunan vezikülleri harekete geçirir. Harekete geçen bu veziküller iki nöron arasındaki sinaptik boşluğa nörotansmitter maddeyi salar. Bu madde hedef nöron zarında ki reseptörlere tutunur ve iletişim bu şekilde gerçekleştirilir. Sinaptik haberleşmede iletim çok hızlıdır. (Saniyede 100 metre hız gibi)

8 Parakrin haberleşme Uzak mesafeden haberleşme Sinaptik haberleşme

9 Yerel ve Uzak Mesafeden Haberleşme Lokal haberleşme yüksek organizmalı canlılarda hücrelerin davranışlarını tek başına koordine etmekte yetersizdir. Daha uzak bölgelere haberleşmeyi sağlamak için hayvanlarda endokrin hücre adını verdiğimiz özelleşmiş sinyal hücreleri bulunur. Bu hücreler hormon adı verilen kimyasalları kullanırlar. Hormonlar kan dolaşımı yoluyla, uzaktaki hedef hücrelere ulaşırlar. Hipofiz, tiroit, paratiroit, pankreas, adrenal bezler ve gonatları içeren endokrin bezler sayesinde 50 den fazla farklı hormon üretilir.

10 Haberleşme Bu haberleşme yolları dışında hücreler doğrudan temas yoluylada haberleşebilirler. Hayvan hücreleri diğer hücrelerle temasta kalmak için çeşitli bağlantı yolları barındırırlar. Bu bağlantılar doğrudan komşu hücre sitoplazmalarını birbirine bağlar. Böylece sinyal gönderen hücre bileşiği, komşu hücre sitoplazmaları arasında serbestçe hareket edebilir. Ayrıca hücre yüzeylerindeki moleküller aracılığıyla birbirleriyle doğrudan temas kurabilirler.

11 Hücre bağlantıları Hücrelerin birbirini tanıması

12 HÜCRE İLETİŞİMİNİN AŞAMALARI 1) Sinyal Alma: Hedef hücrenin hücre dışından gelen sinyali algılaması aşamasıdır. Kimyasal bir sinyal, hücre yüzeyinde bulunan reseptör bir proteine bağlandığı zaman algılanır. 2) Sinyal Aktarımı: Sinyal molekülü, bağlandığı reseptör proteini değişikliğe uğratır ve sinyal aktarım sürecini başlatır. Bu süreçte sinyal, hücrenin algılayabileceği bir forma dönüştürülür. 3) Cevap: Bu aşamada algılanan sinyal, o sinyale özgül bir hücresel cevabı tetikler.

13 SİNYAL ALMA VE SİNYAL AKTARIMININ BAŞLAMASI Belirli bir kimyasal sinyalin hedefi olan hücre, bu sinyal molekülünü tanıyan reseptör proteinlere sahiptir. Reseptör protein, hedef hücrenin kimlik kartı gibidir. Örneğin; epinefrin kan içerisinde dolaşırken pek çok hücre tipiyle karşılaşmasına rağmen sadece belirli hücreler bu hormonu algılar ve ona cevap verirler. Haberci molekül bir reseptör proteine bağlandığı zaman onun biçim değiştirmesine neden olur. Biçim değiştiren bu reseptör protein diğer hücresel moleküllerle etkileşime açık hale gelir.

14 Hücre haberleşmesi

15 SİNYAL ALMA VE SİNYAL AKTARIMININ BAŞLAMASI Sinyal reseptörlerinin bir çoğu plazma zarındaki proteinlerdir. Kısaca açıklamak gerekirse gelen sinyal molekülü suda çözündüğü ve plazma zarından geçemeyecek kadar büyük olduğu için kendini hücrenin içine aktaracak bir taşıyıcıya ihtiyaç duyar. Bu taşıyıcıda plazma zarındaki reseptör proteindir. Reseptör protein sinyal molekülün bağlanmasıyla şekil değişikliğine uğrar ve sinyali hücre içine yollar. 3 temel zar reseptör tipi vardır. 1. G-Proteine bağlı reseptörler, 2. Tirozin-kinaz reseptörleri ve 3. İyon kanalı reseptörleridir.

16 1) G- Proteine Bağlı Reseptörler (GPCR): Bu reseptör G protein adı verilen bir protein yardımıyla iş görür. Mayalardaki çiftleşme faktörü, epinefrin ve diğer hormonlar ile nörotransmitter madde gibi sinyal molekülleri G-Proteine bağlı reseptörleri kullanırlar. Bu reseptör, plazma zarını kateden yedi tane alfa heliks içerir.

17 G- Proteine Bağlı Reseptörler: G Proteini zarın sitoplazmik kısmındadır. Üzerinde GDP veya GTP bulundurabilir. Proteinde GDP molekülü var iken sistem inaktif, üzerinde GTP var iken ise sistem aktiftir. Sinyal molekülü reseptöre gelir ve ona bağlanır. Daha sonra reseptörde biçim değişikliği meydana gelir ve bu sayede reseptör G proteinine bağlanır. G Proteinine bağlandığı zaman proteindeki GDP, GTP ile yer değiştirir. Sonunda protein aktif hale geçer. Aktif hale geçen protein, genellikle bir enzim olan başka bir proteine bağlanarak onun aktivitesini değiştirir ve hücresel bir cevap oluşturulmasını sağlar. Enzim ve G Proteinindeki değişiklikler geçicidir. Çünkü G Proteini aynı zamanda GTPaz gibi davranır ve işlem tamamlanınca GTP yi hidrolizleyerek tekrar GDP ye çevirir ve inaktif forma döner.

18 G- Proteine Bağlı Reseptörler:

19 G- Proteine Bağlı Reseptörler: G- Protein Reseptör sistemleri son derece yaygın olup çeşitli işlevler gerçekleştirirler. Embriyonik gelişimde son derece önemlidir. Örneğin; belirli bir G-Proteinden yoksun fare embriyoları normal kan damarlarını geliştiremez ve uterus içinde ölürler. Aynı zamanda duyu algılamasında da iş görürler. İnsanlarda ki görme, tat alma ve koklama bu tip proteinlere bağlıdır. Kolera ve boğmaca etmeni olan bakteriler, G-Protein işlevini aksatan toksinler üreterek kişiyi hastalandırırlar.

20

21 2) Tirozin-Kinaz Reseptörleri (RTK): Temel reseptör sınıflarından birisidir. Reseptörün sitoplazma tarafında kalan kısmı Tirozin-kinaz adı verilen bir enzim taşır. Bu enzim, Reseptör protein üzerinde bulunan Tirozin aminoasidine ATP den fosfat grubu aktarımını sağlar. Tirozin-kinaz reseptörleri, sinyal molekülleri gelmeden önce bağımsız polipeptidler şeklindedir. Bu polipeptid yapının ucunda sinyali almaya yarayan bir reseptör, zarı kateden bir alfa helix yapı ve sitoplazma tarafında bulunan tirozin aminoasidlerinden oluşur. Sinyal molekülü reseptöre ulaştığı zaman onun konfigürasyonunu değiştirmez bunun yerine iki polipeptid zincirin bir araya gelmesini sağlar. Bunun sonucunda her bir polipeptid zinciri, diğerinde bulunan tirozin aminoasitlerine fosfat ekler.

22 Tirozin-Kinaz Reseptörleri: Özetle G- Protein reseptöründen farklı olarak bunlarda şekil değişikliği yerine bir araya gelme (agregasyon) ve reseptördeki tirozinlerin fosforlanması görülür. Bu şekilde aktive olan kompleks, hücre içerisindeki aktarım proteinleri tarafından tanınır. Aktarım proteinleri özgül tirozinlere bağlanır ve kendileride aktif hale geçerler. Bu sayede aktive olan aktarım proteinleri özgül birçok hücresel cevaba neden olan sinyal aktarım yollları başlatır. G-Proteine bağlı reseptörlerle en büyük farkı; Tek bir sinyal molekülünün Tirozin-Kinaz reseptörleri sayesinde çok sayıda yolu tetikleyebilmesidir.

23

24 3) İyon Kanalı Reseptörleri: Bu reseptörler, sinyal molekül varlığında açılıp kapanan kanallar şeklindedir. Bu kanalların açılması sayesinde Na ve Ca gibi iyonların geçişine izin verilir ya da bunların geçişi engellenir. Sinyal molekülü, kanal proteininin hücre dışındaki özgül bir kısmına bağlanır. Kanal proteinde ortaya çıkan şekil değişikliği sonucu, bir iyonun hücre içi derişimi değişir. Sinyal molekül varlığında açılıp kapanan iyon kanalı sistemi sinir hücreleri üzerinde çok etkilidir.

25

26 Hücre içindeki reseptörler; Hedef hücrelerin stoplazması yada çekirdeğinde bulunan pr.lerdir. Kimyasal haberci buraya ulaşabilmek için plazma zarından geçebilmelidir. Bazı önemli sinyal molekülleri ya hidrofobik yada hidrofobik kısmı geçebilecek kadar küçük olduğundan başarılı olabilir. Örn; hayvanlardaki steroid hormonlar ve tiroid hormonları Hücre içinde reseptöre sahip başka kimyasal mesajcı; Nitrik oksit (NO) gazının küçük molekülleri de zar fosfolipidlerinden kolayca geçebilir.

27 Hücre içindeki reseptör ile steroid hormon arasındaki etkileşim

28 II. SİNYAL AKTARIMI Moleküler etkileşim şellaleleri sinyalleri reseptörlerden hücre içindeki hedef moleküllere ulaştırırlar. Sinyal molekülü fiziksel olarak aktarılmayıp bilginin aktarımı şeklindedir. Aktarım yolundaki her basamakta sinyal farklı bir forma aktarılır ve bu form genellikle proteindeki konformasyonel değişikliklerdir. Konformasyonel değişiklik ise FOSFORİLASYON aracılığı ile olur.

29 PROTEİN FOSFORİLASYONU Hücre zarındaki bir reseptöre, ona özgü bir sinyal molekülün bağlanması, sinyal aktarım yolundaki ilk basamağı tetikler ve hücrenin belirli bir yanıt vermesine yol açar. Sinyal ile aktive olmuş bir reseptör, diğer bir molekülü aktive eder. Bu süreç hücresel yanıtı oluşturacak molekül aktive olana kadar devam eder. Aktarım molekülleri denen bu moleküllerin çoğu proteindir ve hücre iletişiminin temel mekanizması proteinlerin etkileşimine dayanır.

30 PROTEİN FOSFORİLASYONU Protein fosforilasyonu sayesinde, proteinde konformasyonel değişiklikler meydana gelir. Protein fosforilasyonu, protein aktivitesini denetlemek için hücre tarafından kullanılan çok yaygın bir mekanizmadır. Protein kinaz enzimleri sayesinde bu protein yapılara, ATP den fosfat grupları eklenir. Protein fosfatazlar defosforilasyonda görev yapar. Bu şekilde devam eden fosforilasyon olayından sonra Fosforilasyon Şelaleri dediğimiz olay oluşur. Fosforilasyon şelalesi sayesinde sinyalin çoğaltılması sağlanır. Sinyalin çoğaltılması sonucunda, örneğin karaciğer ya da kas hücresinin yüzeyindeki reseptörlere bağlanmış olan az sayıdaki epinefrin molekülü, glikojenden yüz milyonlarca glukoz molekülü oluşturulmasına yol açar.

31

32 İKİNCİ MESAJCILAR (HABERCİLER) Sinyal aktarım yollarındaki moleküllerin tümü protein değildir; bunlar suda çözünebilen, küçük moleküller ya da iyonlar da olabilir. Bu moleküllere ikinci mesajcılar adı verilir. İkinci mesajcılar hem küçük, hem de suda çözünebilir olduklarından, tüm hücreye difüzyon yoluyla kolayca dağılır. Örneğin camp adı verilen ve epinefrin tarafından başlatılan sinyali karaciğer ya da kas hücresinin zarından hücre içine taşıyan molekül bir ikinci mesajcıdır. camp karaciğer ya da kas hücresinde glikojen yıkımını başlatır. En yaygın olarak kullanılan ikinci mesajcılar camp ve kalsiyum iyonlarıdır.

33 camp nin ikincil mesajcıl olarak iş görmesi

34 Ca +2 iyonları ve İnozitol Trifosfat Sitozolik Ca +2 derişimini artırarak sinyal aktarımı Hayvan hücrelerinde kas kasılması, belirli bileşiklerin salınması ve hücre bölünmesi gibi cevaplara neden olur. Hücreler hem G-pr. hemde tirozin kinaz yollarında Ca +2 u ikinci haberci olarak kullanırlar. Kalsiyum salınmasına yol açan yollar, DAG (diaçilgliserol) ve IP 3 (inozitol trifosfat) gibi ikincil mesajcıları da içerir.

35 diaçil gliserol Haberleşme yollarında kalsiyum ve inozitol trifosfatın görevleri

36 III. SİNYALLERE VERİLEN HÜCRESEL YANITLAR (Hücresel aktivite düzeni) Sinyale verilen yanıt akla gelebilecek her çeşit hücresel etkinlik olabilir. Metabolizma, hücre iskeletinin yeniden düzenlenişi, genlerin aktivasyonu, hücre göçü, hücrenin konumlanması, hücre bölünmesi bu etkinlikler arasında sayılabilir. Hücrenin bir sinyale verdiği cevap, sitoplazmadaki etkinliklerin düzenlenmesi ya da nukleusta transkripsiyon yapılması olabilir.

37 Sinyale verilen ç e k i r d e k cevabı=gen aktivitesinin düzenlenmesi Bir büyüme faktörü tarafından özgül bir genin aktivasyonu

38 Sinyale verilen sitoplazmik cevap

39 III. SİNYALLERE VERİLEN HÜCRESEL YANITLAR Farklı hücreler aynı hücre dışı sinyal molekülüne farklı şekilde yanıt verebilir. Örneğin, asetilkolin nöroaktarıcısı iskelet kası hücrelerinin kasılmasını tetiklerken, kalp kası hücrelerinin kasılma kuvveti ve hızını düşürür. Bu, çizgili kastaki asetilkolin reseptör proteinlerinin kalp kasındakilerden farklı olmasına bağlıdır. Ancak reseptör farklılıkları her zaman farklı etkileri açıklamaya yetmez. Çoğu zaman, aynı sinyal molekülü tıpatıp aynı reseptör proteinine bağlansa da farklı hedef hücrelerde bambaşka yanıtlara yol açar; bunun nedeni ise hücrenin gelen sinyalleri birleştirip yorumlayacağı hücre içi düzeneğin farklı olmasıdır.

40

41 SİNYALİN SONLANDIRILMASI Bir hücrenin hücre dışı bir sinyale normal bir yanıt vermesi için, başlangıçtaki sinyali ortadan kaldırıp sinyal aktarım yolunu kapatacak mekanizmalara sahip olması gerekir. Protein kinazların etkileri hücredeki protein fosfatazlar tarafından durdurulur. Protein fosfatazlar proteinlerdeki fosfat gruplarını uzaklaştırır. Bu sayede mekanizma tersine dönmüş olur. Fosfodiesterazlar, camp ı AMP ye çevirerek sinyali durdurabilir. G protein ile eşleşmiş yollarda bir G proteinin GTPaz kısmı GTP yi GDP ye çevirerek G proteinini inaktif eder. Sinyal-reseptör sisteminin endositozla hücre içine alınması veya olduğu yerde inaktive edilmesiyle de sinyal sonlandırılır.