Hücre İçi Süreçler, Sandığınız Kadar Düzenli ve Tertipli Değil: Sinapslardaki Protein Hareketliliğini Kendi Gözlerinizle Görün!

Hücre düzeyinde işlerin nasıl yürüdüğünü öğrenirken ya da kendi kendimize oturmuş düşünürken birçok şeyi basitleştirme eğiliminde oluyoruz. Hücreye dışarıdan alınan maddeleri hayal ederken hücre zarından bir kese oluşup içeri alındığını resmediyoruz; fakat hayallerimizde, etrafta başka hiçbir şey olmuyor. Peki hücrenin bu kadar boş olması, olayların bu kadar bağımsız olması mümkün mü?

2020 yılının haziran ayında The EMBO Journal dergisinde yayınlanan bir makalenin yayınladığı videoyu izleyince, zihnimizdeki canlandırmalarda bu karmaşıklığın güzelliğinden ne düzeyde mahrum kaldığımız daha iyi anlaşılıyor. Bu videoya az sonra geleceğiz, öncelikle bu karmakarışık güzelliğin ne olduğunu anlamaya çalışalım.

Sinaps iletimi (veya sinaptik transmisyon), üzerine uzun bir zaman çalışılmış ve birçok proteini de keşfedilmiş bir yolak. Bu konuda yapılan çalışmaların sonuçlarının nasıl gösterildiğine dair bir örneği aşağıdaki figürde görebiliriz. Klasik bir şekilde yapıldığı gibi, sadece konuyla ilgili proteinlerin statik bir şekilde çizilmiş halleri ve son derece düzgün bir şekilde hücreyi terk eden bir vesikül:

General Physiology and Biophysics

Bu tür çizimler, hücresel süreçlerin okul sıralarında öğrenimini bir nebze kolaylaştırıyor olsa da, bir yandan da önemli bir hatayı doğuruyor: İnsanlar, sanki hücre içi süreçler gerçekten de bu çizimlerde gösterildiği kadar düzenli, isabetli ve hatasız olduğunu sanmaya başlıyorlar.

Bahsettiğimiz makale, proteinlerin hareket kabiliyetlerinin kendi boyutlarından mı yoksa diğer proteinlerle olan ilişkilerinden mi etkilendiği gibi daha bütüncül bir soruya cevap arıyor. Bu yüzden de kontrollerle beraber sinaptik bouton (akson uçları) ve aksonlarda bulunan 45 proteini seçtiler ve flüoresan bir protein olan GFP ile beraber, bu proteinler hücrelerde ifade edildiler (üretildiler).

Daha sonra bu proteinlerin hareketleri, mikroskop bazlı olan FRAP metoduyla takip edildi. Bu metottan kısaca bahsetmek gerekirse: Yüksek yoğunluklu bir lazer kaynağı ile hücre zarının ilgilendiğimiz kısmındaki flüoresan proteinler ağartılıyor ve bu bölgenin etrafındaki ağartılmamış proteinlerin hareket etmesiyle, ağartılmış olanlar ve olmayanlar birbirleri içinde dağılıyor.

FRAP sonuçları kolayca görüntüye dökülebilecek analizler içermediği için, bu çalışmada da FRAP sonuçlarını anlamlandırmak adına bir model de oluşturdular. Önce elektron mikroskobundan gelen veriler ile in silico 3D bir sinaps oluşturdular ve parçacıklar bu 3D sinaps üzerinde farklı hızlarda hareket ettirildi.

Daha sonra bu harekeler yapay bir FRAP klibine dönüştürüldü ve orijinal FRAP verisi ile karşılaştırılarak biyolojik ölçümleri en iyi gösteren model diğerleri arasından seçildi. Böylece proteinlerin difüzyon katsayısı belirlendi ve bu hareketin grafik bir temsili oluşmuş oldu. Oluşturulan rengarenk ve heyecan verici video aşağıda görülebilir:

Tabii deneyin amacı sadece bunu modellemek değildi. Proteinlerin hareketleriyle ilgili daha ayrıntılı sonuçlara ulaşmayı hedefliyorlardı - ki bunu da başardılar. Sonuçlar gösteriyor ki, zar proteinleri sitozolik proteinlere göre daha az hareketlilik gösteriyor ve proteinler, genel olarak aksonlarda, akson uçlarına kıyasla daha hareketli oluyorlar. Hareketliliği etkileyen parametreler ise şöyle sıralanıyor:

• amino asit kompozisyonu,
• mRNA kompozisyonu ve
• proteinin ömrü.

Ulaşılan sonuçlar gayet tatmin edici olsa da hücrelerin hayalimizde olduklarından daha hareketli, canlı ve dolu olduğunu gerçek verilere dayanan bir şekilde görmek çok daha ufuk açıcı diye düşünüyoruz.