Hücresel stres, hücredeki proteinlere, lipitlere ve DNA’ya zarar veren herhangi bir çevresel saldırıdır. Hücrelerin bu tür stresle mücadele etmek için birçok yolu vardır. Herkes stresli dönemlerden geçmektedir ve çevre faktörleri bu stresi tetiklemektedir. Ve kişiler yoğun hayat temposu içinde rahatlamak için nadiren vakit ayırabilmektedirler. Birçok araştırma alanında, stresin yaşam süresini azalttığı, bazı hastalık riskini artırdığı ve zihinsel tükenmeye yol açtığı gösterilmiştir. Bununla birlikte, farkına varılamayan husus, kişilerin aslında hücresel düzeyde de stres yaşadığıdır.
Hücreler için stres, yaklaşan bir son teslim tarihine ilişkin kaygılardan farklı bir olgu anlamına gelmektedir. Hücreleri strese sokan şeyler, günlük yaşamda insanları strese sokan şeylerle aynı değildir. Bu makale de, bir hücreyi strese sokan nedenler ve bu baskı ile nasıl başa çıktıkları yer almaktadır. Bu süreci anlamak, vücudun bir bütün olarak çevreye nasıl tepki verdiğiyle ilgili bilgiler edinilmesine faydalı olmaktadır.
Hücre Stresi Nedir?
Prokaryotik (Bakteri ve Arkea) veya ökaryotik (diğer her şey) hücreler, özellikle prokaryotik dünyada istisnalar olmasına rağmen, geliştikleri küçük bir konfor bölgesine sahiptir. Bunları bu konfor bölgesinden çıkarmak streslidir ve genellikle hücrenin hayatta kalmasını imkânsız hale getirmektedir. Bir hücre için olağandışı ve uygun olmayan dış koşullar bir stres tetikleyicisidir. 2009 yılında ki Nörobilim Ansiklopedisi, hücresel stresi hücrenin, hücresel homeostaziyi bozan, potansiyel makromoleküler hasar, yani proteinlere, DNA, RNA ve lipitlere zarar veren olumsuz çevresel koşullara tepkisi olarak tanımlamıştır.
Bu çevresel stres, çok az oksijen radikali (oksidatif stres), aşırı ısı (ısı stresi) ve dışarıdaki pH veya tuz konsantrasyonlarında (ozmotik stres) değişiklikler şeklinde olmaktadır. Bu değişiklikler hücreye zararlıdır, çünkü düzgün çalışmasını engelleyebilmektedir. DNA’daki mutasyonlar, protein denatürasyonu ve lipit oksidasyonu hücresel stresin birkaç sonucudur.
Çevreyi Değiştirme
Hücresel stres hücre içindeki ortamı değiştirmektedir. Hücrenin, stresin tespit edilmesi için bilinen ve henüz bilinmeyen çeşitli mekanizmaları bulunmaktadır ve bunların hepsi sonuçta bu bilgiyi bir sinyalleme kaskadı yoluyla DNA’ya göndermektedir. Bir sinyalleme kaskadı, DNA’ya ulaşana kadar bir mesajdan geçen proteinler şeklinde gelmektedir. Bu kaskadlar ayrıntılıdır ve genellikle birbirleriyle bağlantılıdır, bu da tek bir stresin hücrenin birçok farklı alanında değişiklik yapabileceği anlamına gelmektedir. Ortamdan gelen sinyal, strese karşı savunmak için hücre içindeki koruyucu rejimleri aktive etmektedir.
Savunma Hattı
Bir hücrenin, DNA’da kodlanmış veya kendisini strese karşı korumasına veya izin veren çok sayıda hilesi vardır. Hücresel Avengers’ın bu savunma hattı hücrenin dengeyi ( homeostaz ) geri kazanmasına yardımcı olurken, stresin neden olabileceği hasarı da azaltmaktadır. Dış çevrenin tehlikelerine karşı bu savunucular çeşitlidir, her biri hücreyi kendi benzersiz şekilde korumaktadır.
Isı Şok Proteinleri
İlk ve en sık tartışılan savunucular ısı şok proteinleri veya Hsp’dir. Hücresel stresin en büyük etkilerinden biri protein yanlış katlanması veya denatürasyonudur. Denatürasyon, bir proteinin şeklinin değişmesidir, çünkü bu şekli koruyan bağların kırılmaya başlaması veya proteine belirli kimyasal grupların eklenmiş olmasıdır. Bir proteinin işlevi, kendine özgü şeklini korumaya bağlıdır. Denatüre proteinler, bir araya toplanarak ve hücreyi öldürerek sitotoksik (hücre için toksik) olma kapasitesine sahiptir. Hsp, protein yanlış katlanmasına yanıt veren bir protein ailesidir. Bilim adamları hücreleri yüksek sıcaklıklara maruz bıraktıklarında keşfedilmiştir. Hücreleri ısı stresine maruz bırakarak keşfedilmelerine rağmen, normal koşullar altında hücrelerde de bulunmaktadır.
Normal koşullar altında Hsps, yeni oluşan proteinlerin yanlış katlanmadığından emin olan şaperon proteinleri olarak işlev görmektedir. Yeni sentezlenen proteinler uzun bir amino asit dizisi olarak oluşmaktadır. Kendi cihazlarına bırakılırsa, bu uzun tel rastgele herhangi bir şekle katlanır, böylece bunu önlemek için şaperon proteinleri proteinin doğru katlanmasına yardımcı olmaktadır. Ayrıca hücre zarında, mitokondride veya sitozolde yeni proteinlerin olması gerektiği yere ulaşmasını sağlamaktadır.
Hücre bir stres kaynağıyla karşılaştığında, daha fazla Hsps üretmektedir (yukarı regüle eder). Bu stres örneğin ısı stresi proteinleri denatüre ederse, Hsps kurtarmaya gelmektedir. Hsps bu denatüre proteinlere bağlanır ve fonksiyonel şekline geri döner. Hsps, tüm organizmalarda, mikroskobik veya makroskopik olarak bulunmaktadır, ancak spesifik proteinlerin adı farklıdır. En önemli Hsps’lerden bazıları Hsp70, Hsp40 ve Hsp90’dır.
Oksijen Fazlalığı
Reaktif Oksijen Türler, süperoksit anyon, hidrojen peroksit, hidroksil radikali ve oksijen tekili gibi oksijen içeren oldukça kararsız kimyasallardır. ROS, her bir hücre içinde meydana gelen ana enerji veren yollar dahil olmak üzere çeşitli metabolik süreçlerle oluşmaktadır. Elektronlar elektron taşıma zincirinden kaçıp oksijene yapıştıklarında üretmektedirler, böylece bir ROS oluşturmaktadırlar. ROS, lipitleri oksitleyebilir, proteinleri denatürebilir ve DNA’yı parçalayabilir. Tüm bu hasar kabul edilemez ve potansiyel olarak herhangi bir hücre için ciddidir. Bu olay için hasar kontrolü, ROS’u hızlı bir şekilde nötralize edebilen bir antioksidan cephanesidir.
Süperoksit Dismutaz (SOD), peroksidazlar (glutatyon peroksidaz) ve katalaz, serbest radikal tehdidini nötralize etmek için birlikte çalışan ROS imha ekibinin önde gelen üyeleridir. Süperoksit dismutaz süperoksit radikallerini azaltarak çalışmaktadır, ancak bu hala bir tehdit oluşturabilen bir hidrojen peroksit molekülü üretmektedir. Hidrojen peroksit molekülünü suya dönüştürdükleri için peroksidazlar devreye girmektedir. ROS hakkında konuşurken atlayamayan önemli bir molekül NADP + / NADPH’dir. NADP’nin tam formu, Nikotinamid adenin dinükleotid fosfattır. NADP, indirgenmiş haliyle, NADPH, büyük bir indirgeyici maddedir. Doğrudan ROS’u azaltmaz, ancak herhangi bir ROS tehdidini etkisiz hale getirme yollarının önemli bir parçasıdır.
Antioksidanlar adı verilen diğer bazı kimyasallar da vücudun oksidatif hasarı önlemesine yardımcı olmaktadır. E vitamini, lipitlerin hücre zarına zarar verebilecek serbest radikaller üretmesini önlediği için önemli bir antioksidandır. Çay, kahve ve meyvede bulunanlar gibi diğer antioksidanlar, bilim adamlarının hala araştırdığı bir dizi farklı mekanizma ile çalışmaktadır.
Yok Ediciler
Hücrelerin kullandığı bir başka taktik de kurtarılamayanları yok etmektir. Kurtarılamayacak kadar denatüre olan proteinler proteazoma gönderilir veya şaperon aracılı otofajiye dönderilir. Bu iki mekanizma hücrenin temizleme sistemleridir. Normal işlemlerle hasar gören proteinler imha edilecek şekilde etiketlenmektedir. Proteazom yolu, hücresel çöp temizleme yöntemleri dünyasında yeni bir keşiftir. Proteazom, proteinleri daha küçük polipeptit parçalarına ayıran büyük bir namludur. Parçalanması amaçlanan proteinler ubikitin adı verilen küçük bir protein molekülü ile etiketlenmektedir. Ubikitin, hücrenin bir proteine koyduğu bir rozet gibidir, böylece proteazom molekülü parçalamayı bilir. Bu etiketleme sistemi proteazomal bozunmayı çok spesifik bir işlem haline getirmektedir.
Diğer yol, şaperon aracılı otofaji, proteinlerin lizozomda parçalandığı seçici bir yoldur. Lizozom, hücre içindeki hücrelerin kendi atıklarını sindirdiği bir organeldir. Lizozomlar, bağışıklık hücreleri bakteri ve virüsleri öldürdüğünde önemlidir. Şaperon aracılı otofaji, lizozomda meydana gelen daha az seçici otofaji sürecinin farklı ve daha spesifik bir versiyonudur. Hsps’in şaperon işlevi, çeşitli yollarla birlikte bu yola dahil olmaktadır. Bu şaperonlar, protein üzerinde şaperonlara sinyal veren, proteinle ilgili yanlış bir şey olduğunu gösteren kalıpları tanır, bu nedenle kutuya gönderilmesi gerekmektedir. Bu şaperonlar daha sonra bu hatalı proteini parçalanacak lizozomlara göndermektedir. Bilim adamları, bu yolun özellikle oksidatif stres dönemlerinde aktif olduğunu fark etmişlerdir.
Son Çare
Her şey başarısız olursa, hücre kendi ölümünü başlatır. Apoptoz veya programlanmış hücre ölümü, bir hücrenin kendini feda ettiği bir mekanizmadır. Hücre çok fazla hasar gördüğünde veya çok eski hale geldiğinde, hücrenin içini parçalayan belirli mekanizmalar etkinleştirilir. Kaspaz adı verilen proteinler, yavaş yavaş hücre içindeki tüm proteinleri parçalayarak hücreyi bir lekeye indirir. Bu damla daha sonra bir bağışıklık hücresi, genellikle makrofaj tarafından yenir veya fagositozlanır.
Apoptoz geçirmeden önce, hücre muhtemelen DNA’sına büyük zarar vermiştir. DNA onarım mekanizmaları tüm hasarı onaramazsa, apoptoz veya yaşlanma için önemli bir faktör olabilmektedir. Stresle denatüre edilen proteinler komşu hücrelerine zarar verebilmektedir. Hücresel makineyi içeriden söküp fagositoz olmak temiz bir iştir ve yakındaki diğer sağlıklı hücreleri etkilememektedir.
Sonuç
Hücrelerin kendilerini karşılaştıkları farklı çevresel stres faktörlerinden korumalarının sayısız yolu vardır. Bu makale sadece yıllar süren araştırmalar boyunca açıkça ve kapsamlı bir şekilde açıklanmış mekanizmaları vurgulamıştır. Bilim adamları, bu mekanizmaların hücresel stres yönetiminde rol oynadığını bilmektedir ve kesinlikle popüler araştırma konuları olarak kalacaklardır.
Hücresel stres ve hücrelerin bununla baş edememesi, birçok hastalığın ana nedenidir (birincil veya ikincil). Demans ve Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıkların normal nöronal fonksiyonu etkileyen yüksek oksidatif stres tarafından yönlendirildiği gösterilmiştir. Bir hücrenin dahili koruyucu özellikleri arızalandığında (zamanla ve birçok strese bağlı olarak) kanser ortaya çıkmaktadır. Bu özellikler aynı zamanda türler arasında büyük ölçüde korunur, yani bu proteinleri ve süreçleri kontrol eden genler evrim boyunca çok az değişmiştir. Bu, türler ne olursa olsun, bu süreçlerde hayatta kalmak için gerekli olduğundan mantıklıdır.
Kaynakça:
amazon.com
biologists.org
hindawi.com
nih.gov
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu