Japonya'daki araştırmacılar, otofaji sırasında Atg2 proteininin endoplazmik retikuluma bağlanarak lipit aktarımını iki farklı mekanizmayla yürüttüğünü keşfetti.
Ökaryotik hücrelerin hasar görmüş ya da ihtiyaç fazlası hücresel bileşenleri temizleme ve geri dönüştürme mekanizması olan otofajide, temel bir moleküler basamak çözüme kavuşturuldu. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan araştırmada bilim insanları, hücresel atıkları kuşatan otofagozom zarının inşası için gerekli lipitleri taşıyan Atg2 proteininin endoplazmik retikulum zarına nasıl bağlandığını ve nasıl etkinleştiğini tespit etti. Çalışma, Institute of Science Tokyo Bütünleşik Araştırma Enstitüsü Hücre Biyolojisi Merkezinden Tetsuya Kotani ve Hitoshi Nakatogawa ile Osaka Üniversitesi Tıp Fakültesinden Akiko Kuma tarafından yürütüldü. Araştırma ekibi, otofaji sürecinde sitoplazmada beliren fincan biçimli izolasyon zarının küresel bir otofagozoma dönüşmesi için gereken lipit transferinin moleküler denetimini haritalandırdı.
Araştırma grubu ilk olarak Saccharomyces cerevisiae türü maya hücrelerinde Atg2 proteininin davranışını inceledi. Hücre sitoplazmasında serbest dolaşan Atg2 proteininin doğrudan endoplazmik retikuluma bağlanmadığı, yalnızca ön-otofagozomal yapıya (PAS) yerleştikten sonra bu bağlanma yeteneğini kazandığı saptandı. Detaylı analizler, Atg1 adlı protein kinazın Atg2 üzerindeki asidik bir bölgede yer alan iki fenilalaninden oluşan FFAT bölgesini fosforillediğini ortaya koydu. Fosforillenen bu FFAT bölgesi, endoplazmik retikulum yüzeyinde yerleşik bir protein olan Scs2'nin majör sperm proteini (MSP) alanına kenetlendi. Atg1 tarafından gerçekleştirilen bu fosforilasyonun, lipit transferinin yalnızca otofagozom oluşum bölgelerinde gerçekleşmesini güvence altına alan uzamsal ve zamansal bir şalter işlevi gördüğü belirlendi. Scs2 proteini, ökaryotlarda yaygın biçimde korunan vezikülle ilişkili membran proteiniyle ilişkili proteinler (VAP) ailesine mensup bulunuyor.
Araştırmacılar Atg2 ile Scs2 arasındaki etkileşimin önemini sınamak amacıyla Atg2'nin fosforillenmiş FFAT motifinde genetik mutasyon oluşturdu. Bu mutasyon Scs2 ile bağlanmayı zayıflatmasına karşın, tek başına otofajik faaliyeti tamamen durdurmadı. Önceki araştırmaların Atg2 proteininin N-terminal bölgesinin Scs2'den bağımsız olarak endoplazmik retikulum ile ilişki kurabildiğini göstermiş olmasından yola çıkan ekip, N-terminal bölgesindeki kısmi bir silinme ile fosforillenmiş FFAT mutasyonunu birleştirdi. Yalnızca N-terminal silinmesi otofajik faaliyette sınırlı bir düşüşe yol açarken, iki mutasyon bir araya geldiğinde hücredeki otofaji faaliyeti neredeyse tamamen kayboldu. Elde edilen veriler, Atg2'nin N-terminal bölgesinin endoplazmik retikulum ile güçlü bir fiziksel bağ kurduğunu, fosforillenmiş FFAT bölgesi üzerinden Scs2 ile kurulan bağın ise zar etkileşiminin özgüllüğünü artırdığını ortaya koydu.
Mekanizmanın insan biyolojisindeki geçerliliğini test etmek isteyen ekip, ölümsüzleştirilmiş insan embriyonik böbrek hücre hattı olan HEK293T hücrelerinde ATG2 proteinini inceledi. Deneyler sonucunda insandaki ATG2A ve ATG2B proteinlerinin, mayadaki Atg2-Scs2 etkileşimine paralel olarak fosforillenmiş FFAT benzeri bir motif aracılığıyla Scs2 benzeri olan MOSPD1 ve MOSPD3 proteinlerine bağlandığı belirlendi. Bu bulgu, Atg2 ile VAP ailesi proteinleri arasındaki etkileşimin mantarlardan memelilere kadar tüm ökaryotik hücrelerde evrimsel olarak korunduğunu kanıtladı. Araştırma ekibinden Tetsuya Kotani, Atg2 proteininin endoplazmik retikulum ile bağlantısının N-terminal bölgesi ve VAP aracılı mekanizma olmak üzere iki farklı yolak tarafından sinerjik biçimde yönetildiğini ve bu mekanizmaların otofagozom oluşumunun temel bir parçasını oluşturduğunu kaydetti.
Neden önemli?Keşfedilen moleküler mekanizmanın mantarlardan memelilere kadar korunmuş olması, hücrelerin kendini yenileme ve temizleme sürecinin tüm ökaryotlarda nasıl işlediğine dair temel biyolojik anlayışı derinleştiriyor.
Şu ana kadar bildiklerimiz
- Atg1 kinazı tarafından fosforillenen Atg2'nin FFAT bölgesi, endoplazmik retikulumda bulunan Scs2 proteinine bağlanarak otofagozom oluşum bölgesinde lipit transferini başlatıyor.
- Atg2 proteininin N-terminal bölgesi ile fosforillenmiş FFAT bölgesinin Scs2 ile etkileşimi, endoplazmik retikulum bağlantısını sinerjik olarak sağlıyor.
- İnsan embriyonik böbrek hücrelerinde (HEK293T) yapılan incelemeler, insan ATG2A/B proteinlerinin Scs2 benzeri MOSPD1/3 ile benzer biçimde bağlandığını gösterdi.
Cevabı beklenen sorular
- Atg2 proteininin N-terminali ve VAP aracılı bağlanma mekanizmalarının hücre içindeki diğer aktivasyon basamakları ve düzenleyici faktörleri nelerdir?
