Epigenetik Değişimler, Savunma Sistemini Nasıl Etkiler?

Her organizmanın yabancı maddelere karşı bir savunma sistemi bulunur. Bu savunma mekanizmaları organizmanın bağışıklık sistemini oluşturur. Bağışıklık sistemi temel olarak iki farklı sistemden oluşmaktadır:^[1]

1. Bireyi patojenlerden koruyan ve doğuştan organizmada bulunan, koruyucu bir mekanizma olan doğal bağışıklık sistemi,
2. Farklı patojenlerle karşılaştıkça bağışıklık yanıtının patojene özgü oluşmasını sağlayan ve aynı patojenle tekrar karşılaşıldığında bağışıklık yanıtın daha güçlü bir şekilde oluştuğu, hafızası olan kazanılmış bağışıklık sistemi.

Doğal bağışıklık sistemi, patojenlere ve konak doku hasarına karşı ilk savunma hattıdır ve konağı bakteri, mantar, virüs ve parazitler dahil olmak üzere çeşitli tehlikeli ajanlardan koruyan bir sistemdir.^[2] Doğal bağışıklık sisteminde, yapısal bariyerler ve granülositler (nötrofilleri eozinofiller, bazofiller), dendritik hücreler, makrofajlar ve doğal öldürücü hücreler bulunur.^[3]

Kazanılmış bağışıklık sistemiyse B ve T lenfositlerini ve antikorları içerir. Kazanılmış immün yanıt, vücuda yabancı maddenin antijen sunan hücreler yoluyla antijene özgü B ve T lenfositlerin yüzeyindeki özgül reseptörlere bağlanması ve ardından B veya T hücrelerinin aktive olması şeklinde tanımlanabilir. Kazanılmış immün yanıtın hücresel ve hümoral olmak üzere alt tipleri bulunmaktadır.^[4]

Hücresel immün sistemde, başrolde T lenfositler vardır. Antijen sunan hücreler sayesinde antijen-MHC (major doku uyumluluk kompleksi) kompleksinin T hücre reseptörü (TCR) ile tanınmasından ve IL-1 ile hazırlanmasından sonra, yardımcı T lenfositler aktifleşir.^[5] Yardımcı T lenfosit olan CD4+T hücreleri, patojenlere karşı düzenlenmiş etkili bir bağışıklık tepkisi elde etmede çok önemlidir.^[6] Sitotoksik T hücreleri olan CD8+ T lenfositleri, adaptif bağışıklık sisteminin önemli bir hücre popülasyonudur. Naif CD8+ T lenfositleri viral enfeksiyonlar sırasında, ikincil lenfoid organlardaki kemik iliği kaynaklı profesyonel antijen sunan hücrelerin MHC I molekülleri üzerinde viral peptitleri tanır. CD8+ T lenfositleri, aktif hale gelir, kapsamlı bir şekilde çoğalır ve ilgili viral peptit-MHC komplekslerinin yüzeylerindeki mevcudiyeti ile tanımlanan, enfekte olmuş hücreleri öldürebilen efektörlere dönüşür.^[7]

Hümoral immünite, antikorlar aracılığı ile oluşturulan hücre dışı mikroorganizmaların ve mikrobiyal toksinlerin yok edilmesini sağlayan edinsel immün yanıtın bir koludur. B lenfositler, hümoral immünitenin temel hücre grubudur. Hümoral immün yanıtın ana aktörleri antikorlardır ve sistemik dolaşım yoluyla her yere ulaşabilirler. B lenfositlerin en önemli fonksiyonları, kazanılmış immün sistemde rol alan immünoglobülini sentez etmeleri ve aktive olup plazma hücresine farklılaşarak antikor salgılamalarıdır.^[4]

Epigenetik Nedir?

Epigenetik, DNA dizisini değiştirmeden; DNA, protein ve RNA'ların fonksiyonu ve düzenlenmesi ile ilgili modifikasyonları içerir. Hücresel kimliğin ve işlevin korunması, epigenetik mekanizmalar kullanılarak gerçekleştirilir.^[8]

Epigenetik çalışmalarından önce fenotipi belirleyen faktörlerin sadece DNA dizisi ve gen ifadesi olduğu düşünülmekteyken, epigenetik kavramının ortaya konmasıyla bir organizmanın fenotipinin gen ifadesi ve epigenetik mekanizmaların katkısı ile ortaya çıktığı görülmektedir. Epigenetik düzeyinde oluşan modifikasyonlar çevresel koşullara göre de değişkenlik göstermektedir. Epigenetik mekanizmalar DNA metilasyonu, histonların translasyon sonrası modifikasyonları ve kodlamayan RNA (ncRNA) ile ilişkili gen susturma olarak üçe ayrılmaktadır.

DNA metilasyonu, genetik bilgiyi açıklamak için karmaşık bir moleküler mekanizmayı temsil eder. Bu nedenle vücudun tüm hücre tipleri aynı DNA dizisini içermesine rağmen metilasyon modelleri farklıdır.^[9] Promotörler veya güçlendiriciler gibi gen düzenleyici diziler üzerinde DNA metilasyonunun varlığı, gen ifadesini baskılamaktadır.

Histon modifikasyonları kromatin yapısını düzenler ve aynı zamanda nükleozomları yeniden konumlandırmak için ATP'nin hidrolizinden türetilen enerjiyi kullanan yeniden şekillenen enzimleri de bu bölgeye çağırır. Histonlar, asetilasyon, metilasyon, fosforilasyon, ubikitinasyon, sumolasyon ve ribozilasyon dahil olmak üzere 200’den fazla bilinen modifikasyona maruz kalır. Bu şekilde histon modifikasyonları transkripsiyonu etkileyebilir, ancak kromatin her yerde bulunduğundan, modifikasyonlar onarım, replikasyon ve rekombinasyon gibi diğer birçok DNA sürecini de etkiler.^[10]

Kodlamayan bir RNA (ncRNA), kopyalanan ancak proteinlere çevrilmeyen işlevsel bir RNA molekülüdür. Epigenetik rollerinin tam kapsamı hala belirleniyor olsa da ncRNA'ların gen susturmaya ek olarak DNA metilasyonuna ve histon modifikasyonlarına katıldığını gösteren kanıtlar vardır. siRNA'ların ve lncRNA'ların her ikisinin de heterokromatin oluşumuyla gen ekspresyonunu düzenlediği gösterilmiştir.^[11]

Epigenetik, Savunma Sistemini Nasıl Etkiler?

Epigenetik modifikasyonlar, immün mikroçevresinde ve immün yanıtların düzenlenmesinde rol oynamaktadır. Oluşan epigenetik değişikliklerse, immün sistemdeki hücrelerin alt tiplerinin belirlenmesinde, ilgili hücrelerin olgunlaşmasında, aktivasyonunda ve patojene karşı verdiği cevapta rol oynamaktadır.

Örneğin immün sistem hücrelerinden monositler, bulundukları bölgelere göre makrofajlara ve dendritik hücrelere farklılaşırlar. Monositlerin makrofajlara ve dendritik hücrelere farklılaşma sırasında ve aynı şekilde T hücrelerinin alt tiplerinin belirlenmesi sırasında gen ifade düzeyleri değişir. Bahsedilen durumda gen ifade düzeylerinin değişmesi ise epigenetik modifikasyonlarla ilişkilidir.^[12] Nötrofiller ve sitotoksik CD8+ T hücrelerin de patojenlere karşı salgıladıkları perforin ve granzim molüküllerinin salınımı sırasında epigenetik değişiklikler görülür.^[12]

Bunun yanı sıra immün sistem hücreleri, patojenlere karşı organizmayı korumak için ve hücreler arası etkileşimi sağlamak için kemokinler ve sitokinler salgılar. Salgılanan bu uyarıcı moleküllerin ifadelerinin pozitif ve negatif regülasyonlarının düzenlenmesinde de epigenetik değişiklikler rol oynamaktadır. Örneğin, son çalışmalar, inflamatuar ve otoimmün patolojilerin önlenmesinde bazı rollere sahip güçlü bir anti-inflamatuar sitokin olan interlökin-10'un (IL-10) ekspresyonunun kromatin bağımlı mekanizmalar tarafından kontrol edildiğini göstermiştir.^[13]

Epigenomun Savunma Sistemi Üzerindeki Etkileri ve Kanser

Epigenomun düzensizliği, kanserin başlamasını ve ilerlemesini destekleyen anormal transkripsiyonel programları yönlendirir. Kusurlu gen regülasyonu genellikle onkojenik ve tümör baskılayıcı ağları etkilese de tümör immünojenisitesi ve antitümör yanıtlarında yer alan immün hücreler de epigenomik değişikliklerden etkilenebilir.

Kanser mikroçevresinde bulunan immün sistem hücrelerinde oluşan epigenetik değişikliklerin hücre tiplerini ve hücre sinyalleşmelerini etkilediği de görülmektedir. Bağışıklık sisteminde bulunan hücreler patojenle karşılaştıklarında ya da bir kemokin ya da sitokin gibi hücrenin çevresinden gelen bir uyaran olduğunda farklılaşma sürecine girerler ve bir immün yanıt oluştururlar. Bu süreçlerde gen ifadeleri değişir ve bu ifadeler epigenetik modifikasyonlarla kontrol edilir. Örneğin tümör mikroçevresinde saf B hücrelerinin plazma hücrelerine farklılaşması sırasında bazı gen bölgelerinde hipometilasyonlar görülür. Metilasyonların ortadan kalkması gen susturulmasını ortadan kaldırarak plazma hücrelerinden antikor salınımını destekler. Böylece antikorlar tümör oluşumuna karşı savaşır.

Makrofajlar tümör mikroçevresinde klasik olarak M1 veya M2 makrofajlar olarak adlandırılır. Doku yıkıcı, bağışıklık uyarıcı M1 makrofajları, proinflamatuar sitokinler (IL1, IL6, IL12 ve TNF-alfa) salgılar ve anti tümöral özelliklere sahiptir. M2-makrofajlar, IL10 ve TGFβ gibi anti-inflamatuar sitokinleri ve T hücresi anti-tümör yanıtı için gerekli besinleri tüketen arginaz ve IDO gibi enzimleri serbest bırakarak doku onarımına ve immün sistemin baskılanmasına aracılık eder.^[14] Tümör bağlamında, epigenetik sistemler, makrofajların M1'den M2 fenotipine farklılaşmasında çok önemli bir rol oynamaktadır.^[15] Örneğin, histon deasetilasyonu yoluyla tümörle ilişkili makrofajlarda (M2) MHC sınıf II molekülleri baskılanır.^[16]

Makrofajların yanı sıra tümör mikroçevresinde mezenkimal türevli baskılayıcı hücreler (MDSC) indüklenebilir nitrik oksit sentaz (iNOS), arginaz 1 (Arg1) ve anti-inflamatuar sitokinler IL10 ve TGFβ'nin salınımı gibi çeşitli mekanizmalarla anti-tümör bağışıklığını baskılar.^[17] Birkaç çalışma MDSC’lerin proliferasyonunda ve işlevinde epigenetik mekanizmaların önemini göstermektedir. Bu bağlamda, HDAC'lerin (Histon deasetilaz) farmakolojik inhibisyonu, hem in vitro hem de in vivo MDSC proliferasyonunu indüklediği bilinmektedir.

Epigenetik modifikasyonların tümör hücrelerinde ve tümör mikroçevresinde bulunan savunma sistemi hücrelerinde etkili olduğundan hem epigenetik tedavilerin hem de kanser immünoterapilerinin ve bunların kombinasyonlarının geliştirilmesi ve uygulanması gerekmektedir. Bu yüzden kanser tedavisinde epigenetik ilaçların önemi oldukça büyüktür. Daha güçlü antitümör bağışıklık tepkileri ortaya çıkarmak ve bağışıklık kontrol noktaları ile bağlantılı adaptif bağışıklık direncinin üstesinden gelmek için DNMT (DNA metiltransferaz) inhibisyonu ve immünoterapilerin ortak çalışması uygun bir strateji olabilir. Bu amaçla, DNMT inhibitörlerini anti-PD1, anti-CTLA4 veya anti-PDL1 gibi kanser kontrol noktası inhibitörleri ile birleştirmek, şu anda çok sayıda klinik deneyde değerlendirilmektedir.^[2]