Dış Saç Hücrelerinin Motor Proteini Prestin(SLC26A5)'in İşlevselliği
Beyza Nur Erol
Anahtar Kelimeler : Dış Saç Hücreleri, Koklear Amplifikasyon, Elektromotolite, Prestin, SLC26A5.
Abstract – The outer hair cells in the inner ear respond to the incoming sound waves by generating a mechanical force and strengthen the sound waves reaching the cochlea. Outer hair cells exhibit electromotolitic properties by contracting during cell depolarization and elongating in hyperpolarization. A motor protein called prestin, located on the lateral wall of the outer hair cells, is responsible for this movement ability and mechanical amplification. Prestin is the fifth member of SLC26A proteins. Prestin is the only motor protein that shows electromotolitic feature in mammals and thanks to this feature, it can amplify the sound up to 40dB. Studies have suggested that prestine can be used as a new approach in the preservation of hearing sensitivity and early diagnosis and treatment of hearing loss.
Keywords : Outer Hair Cells, Cochlear Amplification, Electromotolitic, Prestin, SLC26A5.
GİRİŞ
Tüy hücreleri, nöronal olmayan hücrelerdir. Memelilerde farklı işlevlere sahip iki tür hücre bulunur : İç Tüy Hücreleri (İTH) ve Dış Tüy Hücreleri (DTH). Corti organında yaklaşık olarak 3500 iç tüy hücresi, 12.000 kadar da dış tüy hücresi bulunur.
Dış Tüy Hücreleri : DTH’nin temel görevi kokleaya ulaşan titreşim dalgasını güçlendirmek için mekanik kuvvet üretmektir ve DTH ses dalgalarının iç kulakta oluşturduğu baziller membran hareketlerini kodlar. Her tüy hücresinin apeksinde 6 veya 7 dizi sterosilya bulunur. DTH uzun sterosilyası ile tektorial membran ile temas halindedirler ve stereosium membranda mekaniksel duyarlı iyon kanallarının açılıp kapanmasını tetiklerler. Bu sayede uyarım gerçekleşir. DTH elektriksel değişimlere göre uzayıp kısalabilen hücrelerdir. Membran potansiyeli değiştiğinde, DTH’nin somatik şekli % 5’e kadar değişir. Bu özelliklerine elektromotilite denir. Uyarım sırasında depolarizasyon hücre kasılmasını tetikler, hiperpolarizasyon ise hücre uzamasıyla sonuçlanır. Elektriksel aktiviteye bağlı hücre molilitesi akustik frekans aralığı boyunca ses uyaranına cevap verir ve titreşimleri güçlendirmek için mekanik enerji üretir.
Prestin : Prestin, DTH’nin lateral plazma membranında bulunan ve voltaja bağımlı elektromotiliteden sorumlu olan özgül bir motor proteinidir. DTH yan duvarı, bir trilaminat organizasyonu oluşturan, plazma membranına bitişik olan endoplazmik retikulumun yanı sıra hemen bir aktin ve spektrin filamentleri ağı içerir. Prestin proteini membran potansiyelindeki değişikliklere yanıt olarak DTH uzunluğunu ve sertliğini hızla değiştirir. Bu yönüyle prestin, DTH hareketliliği ve kokleadaki frekans seçiciliğinde görev alır. Memelilerde prestin işlevi Cl¯, Br¯, I¯, HCO3¯, NO3¯ ve SCN¯ gibi tek değerlikli anyonların varlığına dayanır ve fizyolojik olarak en ilgili olanı, dışsal voltaj sensörü olduğu öne sürülen klorürdür. Prestinin Cl¯ iyonuna bağlanması ile motor protein boyutu artar ve üzerinde bulunan DTH şekil değiştirir. Bu hareket mikrosaniyeler bazında olup diğer motor proteinlere göre daha hızlıdır. Elektromotilite, prestin ile ilişkili yük hareketine eşlik eder. Bu yük hareketi hızlı olduğu için hücre zarının doğrusal olmayan elektriksel kapasitansı (doğrusal olmayan kapasitans (NLC)) olarak ortaya çıkar. NCL, prestin aktivitesini izlemek için kullanılır. Yük hareketinin biyofiziksel temeli ise belirsizdir. İç voltaj sensörü modelinde voltaj algılama, yüklü amino asitlerin hareketine bağlıyken, ekstrinsik voltaj sensörü modelinde klorür gibi hücre içi anyonlar, voltaja yanıt olarak prestin yoluyla yer değiştirir. Buna rağmen anyonlar tarafından yük hareketinin ve DTH elektromotilitesinin modülasyonu, prestinde tek değerlikli bir anyon bağlanma bölgesinin varlığını desteklemektedir. DTH’nin elektromotilitesi ile ilgili elektromekanik özellikleri (voltaj bağımlılığı ve büyüklüğü) 80’li yılların ortalarından beri çalışılmış olsa da prestinin tanımlanması 2000 yılında gerçekleşmiştir.
Prestin fonksiyonu inhibitörü, prestin anyon bağlanma bölgesi için klorür ile rekabet ederek, yük hareketini ve elektromotiliteyi önleyen salisilattır. Bunun aksine, sıcaklık, hücre içi basıncı ya da kolesterol, klorpromazin ve lipofilik iyon membran özelliklerinde (eğrilik, kalınlık ve mekanik) prestin fonksiyonunda değişiklikleri tetiklediği varsayılmaktadır. Lipit-çift tabakalı özelliklerdeki değişiklikler, birçok membran proteininin modülasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Yapılan çalışmalar prestinin hücre dışı döngülerinin, voltaj duyarlılığını etkilemeden çalışma voltajı aralığını modüle ettiğini göstermiştir.
Prestin, anyon taşıyıcı proteinlerinden SLC26/SulP (Sülfat permeaz) büyük ailesindeki SLC26A proteinlerin beşinci üyesidir ve SLC26A5 genetik sembolüne sahiptir. İnsanlarda, SLC26A5 21 ekson içermektedir ve 7q22.1-q22.2 genetik lokusunda 2232 nükleotidle kodlanmaktadır. Ailenin diğer üyeleri 700-1000 aminoasitten oluşurken prestin, 744 aminoasitten meydana gelir. SLC26 ailesi proteinleri nispeten büyük membran proteinleridir. Aile üyeleri STAS (sulfate transporter and anti-sigma antagonist) olarak isimlendirilen sitoplazmik C terminal motifi korumuş 10-14 transmembrana benzer topologiye sahiptir. Memeli olan ve olmayan hayvanlardaki prestin proteinleri arasında aminoasit benzerlikleri olmasına rağmen fonksiyonel olarak birbirlerinden ayrı işlev görürler. Prestin yalnızca memelilerde elektromotilite özelliği gösterir ve bu özelliğe sahip tek proteindir. Bu fonksiyonu ile prestin sesi amplifike eder ve ses hassasiyetini 40 dB’e kadar arttırır.
Prestin yaklaşık 80 kDa’dur ve kan-labirent bariyerini geçebilecek ve dolaşıma girecek kadar küçüktür. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) tekniği ile prestinin dolaşıma bırakılan pikogram miktarlarının %1’den az DTH kaybında bile saptanabilir. Ölü DTH’ler, destek hücreleri tarafından apoptoza uğrar ve bu nedenle prestin konsantrasyonu hasardan kısa bir süre sonra artar. Apoptotik mekanizmaların sona ermesiyle prestin konsantrasyonu bazala doğru geriler ve daha sonra hayatta kalan DTH sayısının gittikçe azalması nedeniyle düşmeye başlar.
TARTIŞMA
Libermann ve ark. laboratuvar ortamında prestin genini silmeyi hedefleyerek prestinsiz sağlıklı mutant fareler oluşturmuşlardır. Yapılan çalışmada normal prestin düzeyine sahip farelerde DTH’nin boyu normal olarak tespit edilmiştir. Normal DTH’de ise elektromotilite gözlenmişken, prestinden yoksun farelerde gözlemlenen DTH’de hareket izlenmemiştir. Çalışmada prestin ile DTH’nin elektromotilitesi ve koklear ampflikasyon arasındaki ilişki açık bir şekilde ortaya konmuş olup DTH kaybında işitme kaybının 40-60 dB kadar olacağı öngörülmüştür. Wu ve ark. DTH’lerde prestin yokluğunda, işitme eşiğinde 50 dB’e kadar bozulma olabileceğini, bu bozulmanın da prestinin işlev gördüğü DTH üzerinde elektromotilitede bozulma ve buna bağlı olarak işitme kaybı geliştirebileceğini göstermişlerdir.
Zheng ve ark. DTH’nin voltaj değişikliği ile şeklinin ve uzunluğunun değiştiğini, prestinin DTH’nin motor proteini olduğunu belirtmişlerdir. Dallos ve ark. prestinin enzimatik süreçlerden ziyade doğrudan voltaj duyarlı milisaniyelerle hareket eden farklı bir motor proteini olduğunu, DTH’nin uzunluğundaki değişikliklere etki ettiğini ve işitme organında ki ses yükseltilmesinde etkili olduğunu belirtmişlerdir.
He ve ark. prestinin yapılan eski çalışmalar sonucu yaptıkları çalışmada prestinin memeli kokleasında DTH’indeki hassasiyet ve frekans seçiciliğinden sorumlu olduğunu belirtmişlerdir.
Chen ve ark. ilerleyen yaşla birlikte vücutta serbest oksijen radikallerinin birikiminin arttığı hipotezinden yola çıkarak presbiakuzi gelişiminde rol oynayabileceğini belirtmişlerdir.
Breglio ve ark. fareler üzerinde sisplatin ile oluşturdukları ototoksisitede düşük doz sisplatin verilen farelerde ilk 3 günde prestin artışının daha az olmasına rağmen yüksek doz sisplatin verilen farelerde ilk 3 günde prestin artışının daha fazla olduğunu ve 14. Günden sonra yüksek doz ilaç verilen grupta serum prestin seviyesinin daha düşük olduğunu saptamışlardır. Xia ve ark. ise prestin regülasyonunun hasardan sonraki 7. günde başladığını göstermiştir. Prestin proteininin travmanın iç kulaktaki hasarını azaltmada etkili olduğunu saptamıştır. Chen tarafından yapılan bir deneyinde ise, Chen uzun süre gürültüye maruz kalan sıçanların, derin DTH kaybına sahip olduğu bu dönemde prestin düzeyinin düştüğünü ve 5 gün sonra prestin mRNA’da yaklaşık 5 kat bir artış olduğunu belirtmiş, bunu takiben prestin seviyelerinin yükseldiği ve ardından 4 hafta sonra prestin mRNA’nın taban çizgisine geri döndüğü göstermiştir. DTH hasarında, aktif DTH sayısı azaldığı için serumdaki prestin düzeyi düşmekte, sonrasında prestin ekspresyonunun artması ile serumdaki ölçülebilen prestin düzeyi artmaktadır. Sonraki dönemde de kalan canlı DTH sayısı ile orantılı olarak serumdaki prestin düzeyi düşmektedir.
Xia ve ark. tarafından yapılan çalışmada DTH'nin tektorial membrana teması ile prestin üretimi düzenlenmekte olduğu öne sürülmüştür. Song ve ark. yaptıkları bir çalışma ile aynı sonuca varmışlardır.
Yapılan diğer çalışmalarda ise prestin mutasyonları, membran hedeflemesini değiştirmeden prestinin elektromotolite fonksiyonunu azaltmak için kullanılmıştır ve bu da koklear amplifikasyon için prestin bazlı elektromotilitenin gerekli olduğunu göstermiştir.
SONUÇ
Yapılan çalışmalar DTH’lerinde yüzey alanı ve prestin azaltılması koklear bölmenin mekanik özellikleri üzerinde etkili etkileri olabileceğini göstermiştir. İşitme kayıplı hastalarda koklear dokularının erişilemezliği nedeniyle bildirilen mutasyonların mekanizmaları ise belirsizliğini korumaktadır. Yapılan başka bir çalışmada prestinin en az 79 kHz frekanslara kadar döngüsel bir modda çalıştığı bildirilsede, aşırı yüksek frekanslar için prestinin gerekip gerekmediği bilinmemektedir.
DTH’lerin ve prestinin tanımlanan rolleri ve özellikleri referans alınarak işitme kaybının erken olarak belirlenmesinde yeni ve yardımcı bir yaklaşım olarak iç kulağın proteini olan prestinin biyokimyasal bir belirteç olarak ölçülebileceği düşünülmektedir. Yapılan çalışmaların sonuçları bu konu hakkında yeterli bilginin ve çalışma sayısının sağlanamadığını göstermiş ve bu yüzden belirsizlikler bildirmiş, prestinin önemini ortaya koymuştur.
Yorumlar
Yorum Gönder