Alimlər əzələ filamentlərinin “mümkünsüz” hesab edilən şəkildə böyüyə bildiyini aşkar ediblər

Tədqiqatçılar əzələ hüceyrələrində aktin filamentlərinin uzun müddət böyümə üçün yararsız hesab edilən uc hissədən formalaşa bildiyini birbaşa müşahidə ediblər. Kəşf aktin filamentlərinin quruluşunun qorunmasında leimodin 2 zülalının rolunu da üzə çıxarıb. Əzələ hüceyrələri olduqca mürəkkəb problemlə üzləşir. Onların aktin filamentləri əzələlərin düzgün yığılması üçün dəqiq uzunluqda qalmalıdır. Lakin eyni zamanda bu filamentlər zaman keçdikcə köhnəlir, parçalanır və yenidən qurulmalıdır. Əzələ hüceyrələrinin bu iki prosesi necə eyni vaxtda idarə etdiyi uzun illərdir tam aydın deyildi. Emori Universitetinin biofizikləri indi bu mexanizmi izah etməyə kömək edən proses müəyyənləşdiriblər. 

Bu kəşf ürək çatışmazlığının əsas səbəblərindən biri olan dilatasion kardiomiopatiya kimi əzələ xəstəliklərinin daha yaxşı başa düşülməsinə də kömək edə bilər. Emori Universitetinin fizika üzrə dosenti və tədqiqatın baş müəllifi Şaşank Şekhar deyib:

“Biz hüceyrə sitoskeletinin, xüsusilə də əzələ hüceyrələrində, necə formalaşdığını anlamaqda fundamental irəliləyiş əldə etmişik.”

Nəticələr aktin filamentlərinin necə formalaşdığını və uzunluğunu necə qoruduğunu izah etmək üçün 40 ildən artıqdır istifadə olunan modelin müəyyən hissəsini dəyişdirir.

Şekharın sözlərinə görə, araşdırma əzələlərdə leimodin zülalının aktin filamentlərini əvvəllər mümkün olmadığı düşünülən yeni mexanizmlə formalaşdırdığını göstərməklə uzun müddətdir mövcud olan elmi təsəvvürə meydan oxuyur.

Tədqiqat həmçinin bu fundamental mexanizmlə xəstəlik arasında əlaqəni ortaya qoyur. Emori Universitetinin doktorantı və araşdırmanın ilk müəllifi Sudipta Bisvas bildirib ki, leimodin zülalındakı qüsurların ürəyin yığılma aparatının formalaşmasını necə poza bildiyinə dair molekulyar izah təqdim edilib.

Məsələn, leimodinlə əlaqəli genetik mutasiya ürək əzələsini tədricən zəiflədən və onun qanı effektiv şəkildə pompalamaq qabiliyyətini azaldan dilatasion kardiomiopatiya ilə əlaqələndirilib.

Şekhar laboratoriyası orqanizmdə ən çox yayılmış və müxtəlif funksiyalara malik zülallardan biri olan aktinin mexaniki və kimyəvi tənzimlənməsini araşdırır. Aktin canlı hüceyrələrin daxili skeletinin formalaşmasında iştirak edən və onların formasını müəyyənləşdirməyə kömək edən filamentlər əmələ gətirir. Bu filamentlər hüceyrələrin hərəkətində iştirak edən qüvvələrin yaranmasına da səbəb olur. Filamentlər uzandıqda hüceyrə membranına təzyiq göstərərək hüceyrəni irəli itələyə bilər. 

Sarkomer daxilində aktin filamentləri miozinin üzərindən mərkəzə doğru sürüşür. Bu proses ipi dartmaq kimi sarkomerin qısalmasına səbəb olur, lakin ayrı-ayrı aktin filamentlərinin uzunluğu dəyişməz qalır.

Şekharın sözlərinə görə: “Əzələlərinizin nə qədər yaxşı yığılması bu aktin filamentlərinin uzunluğu ilə idarə olunur. Doğulduğunuz andan ömrünüzün sonuna qədər əzələ hüceyrələrindəki aktin filamentlərinin uzunluğu eyni qalır. Bu uzunluq çox ciddi şəkildə tənzimlənir.” Lakin filamentlərin ümumi uzunluğunun sabit qalması onların özlərinin dəyişməz olduğu anlamına gəlmir. Zülallar daim yenilənir və parçalandığı üçün köhnəlmiş materialın əvəzlənməsi tələb olunur. Burada əsas paradoks yaranır: filamentlər eyni uzunluqda qalır, halbuki onların tərkibindəki zülallar daim yenilənir.  Hər bir aktin filamentinin iki fərqli ucu var. Onlardan biri iti və ya mənfi (-) uc, digəri isə tikanlı və ya müsbət (+) uc adlanır.

Onilliklər ərzində qəbul edilən standart modelə görə, aktin vahidləri mənfi ucdan ayrılır, yeni enerji ilə aktivləşdirilmiş vahidlər isə müsbət uca əlavə olunur. Aktin alt vahidinin mənfi ucdan itirilməsi və eyni zamanda müsbət uca yeni vahidin əlavə olunması “tredmillinq” (treadmilling) adlanır. Bu proses zamanı yeni tikinti vahidləri əlavə olunduğu üçün filament sanki irəli doğru hərəkət edir.

Sarkomerlərin daxilində aktin filamentlərinin uzunluğu son dərəcə ciddi şəkildə nəzarətdə saxlanılır. Üstəlik, onların müsbət, yəni tikanlı ucu yeni molekulların əlavə olunmasının qarşısını alan bir zülal tərəfindən örtülür.  Bu isə mühüm sual yaradır.

Şekhar deyib: “Sizin doğulduğunuz vaxt sarkomerlərinizdə olan aktin filamentləri bu gün sarkomerlərinizdə olan filamentlərin eynisi deyil. Onların necə yenidən yığıldığını və öz quruluşunu necə yenilədiyini heç kim bilmirdi.”

Bu suala cavab tapmaq üçün ipucu Şekhar və Ohayo Dövlət Universitetindəki həmkarlarının əvvəlki araşdırmalarından gəlib.

Onlar vəba xəstəliyinə səbəb olan Vibrio cholerae bakteriyasının istehsal etdiyi toksini araşdırıblar. Qeyri-əzələ hüceyrələrində bu toksin aktin mexanizmini ələ keçirərək normal tredmillinq prosesini əks istiqamətə çevirə və filamentlərin mənfi ucdan böyüməsinə səbəb ola bilir. Bu qeyri-adi xüsusiyyət Şekhar və Bisvası belə bir sual üzərində düşünməyə vadar edib: sağlam əzələ hüceyrələri də buna bənzər mexanizmdən istifadə edə bilərmi? Əgər belədirsə, hansısa katalizator aktinin mənfi ucdan böyüməsini stimullaşdırmalı idi. “Sudipta bu ideyanı yoxlamaq üçün həqiqətən çox ağıllı təcrübələr apardı”, – Şekhar deyib.

Bisvas diqqətini ürək əzələsi hüceyrələrində aktin filamentlərinin iti uclarının yaxınlığında yerləşən leimodin 2 zülalına yönəldib.

Onun sözlərinə görə, leimodin 2-nin bəzi domenləri Vibrio bakteriyasının toksinindəki domenlərə bənzəyir. Əvvəlki sübutlar da leimodin 2-nin aktin filamentlərinin uzunluğuna təsir etdiyini göstərmişdi. 

Leimodin 2 zülalının molekulyar səviyyədə nə etdiyini müəyyənləşdirmək üçün Bisvas mikrofluidik sistemlə dəstəklənən tam daxili əksolunma flüoresensiya mikroskopiyasından (mf-TIRF) istifadə edib. Bu, aktin filamentlərinin formalaşması və parçalanması zamanı ayrı-ayrı zülal molekullarının hərəkətini müşahidə etməyə imkan verən xüsusi üsuldur. Şekhar laboratoriyası dünyada bu məqsədlə mf-TIRF texnologiyasından istifadə edən azsaylı laboratoriyalardan biridir. 

Tədqiqatçılar ayrı-ayrı zülallara müxtəlif rənglərdə flüoresan markerlər birləşdirib, onları mikrofluidik sistemə daxil edir və yayılan işıq vasitəsilə hərəkətlərini izləyirlər.

Bisvas əvvəlcə leimodin 2 molekullarını mikrofluidik kameranın dibinə bərkidib. Daha sonra ayrı-ayrı aktin molekullarını qırmızı flüoresan markerlə işarələyərək sistemə əlavə edib. Aktin filamentlər formalaşdırmağa başlayıb. Bu filamentlər bərkidilmiş leimodin 2 vasitəsilə iti uclarından sabit vəziyyətdə qalıb və kiçik, böyüyən qırmızı flüoresan “qurdlar” kimi görünüb. 

Əsas sual isə bu idi: yeni aktin molekulları həqiqətən həmin iti, mənfi uclara əlavə olunurdu, yoxsa yox?

Bisvas bunu birbaşa yoxlamaq üçün bu dəfə yaşıl flüoresanla işarələnmiş başqa aktin molekulları əlavə edib. 

Yaşıl molekullar leimodin 2-nin yerləşdiyi hissədə toplanıb. Hər yeni yaşıl aktin əlavə edildikdə filamentlərin mövcud qırmızı hissələri maye axınının istiqamətində əsas hissədən daha uzağa doğru hərəkət edib. Rəngin bu şəkildə dəyişməsi yeni tikinti vahidlərinin yalnız əks uca deyil, birbaşa iti uca əlavə olunduğuna dair ilk birbaşa sübutu təmin edib.

Bisvas deyib: “Biz aktin filamentlərinin iti uclardan böyüdüyünə dair ilk birbaşa molekulyar sübutu təqdim etdik. Bunun mümkün olmadığını düşünənlərin yanıldığını sübut etdik.”

Nəticələr həmçinin Leimodin2-dəki mutasiyaların ürək əzələsi hüceyrələrində niyə ya qısa və nazik, ya da normadan uzun və nazik aktin filamentlərinin yaranmasına səbəb ola bildiyini izah edir.

Bisvasın sözlərinə görə, müəyyən bir mutasiyanın xəstəliyə necə səbəb olduğunu başa düşmək çox vaxt həmin xəstəliyin müalicəsi və ya qarşısının alınması yollarının tapılması istiqamətində ilk addım olur.

mənbə: scitechdaily.com