Nöronların Protein Sentezi Sırasında Enerji Tasarrufu Nasıl Sağladığı Araştırıldı
Son yıllarda hepimiz enerji tasarrufu yapma ihtiyacını deneyimledik. Bunun için enerji tasarrufu yaparken en önemli ihtiyaçlarımızı karşılamak için stratejiler geliştirmek zorunda kaldık. “Nöronlarımız benzer bir ikilemle karşı karşıya: Sinapslarını, yani diğer nöronlarla olan temas noktalarını beslemek zorundalar, ancak aynı zamanda protein sentezlerini fazla veya az üretmemeleri için düzenlemek zorundalar. Aynı zamanda, proteinleri uzun mesafelerde sinapslara taşımak ve enerji bütçelerine dikkat etmek zorundalar. Bu konuda nasıl başarılı oluyorlar?” diye sordu, çalışmanın baş yazarı Prof. Prof. Tatjana Tchumatchenko yönetimindeki araştırma ekibi. Prof. Tchumatchenko, UKB’deki Deneysel Epileptoloji ve Biliş Araştırmaları Enstitüsü’nde araştırma grubu lideri ve Bonn Üniversitesi’nin “Hayat ve Sağlık” ve “Modelleme” alanlarının bir üyesidir.
Enerji tasarrufu önlemleri protein dağılımlarını açıklar
Beyin, nispeten küçük boyutuna rağmen, vücudun toplam enerjisinin yaklaşık %20’sini tüketir. Tüm hücrelerde olduğu gibi, nöron fonksiyonları da yüksek enerji gereksinimleri nedeniyle beyinde özellikle belirgin olan sıkı enerji kısıtlamalarına tabidir. Araştırma ekibi, tüm nöronal moleküllerin sentezi ve parçalanmasının özellikle yüksek bir hücresel enerji harcaması temsil ettiğini ve bu nedenle enerji tasarrufu önlemlerine ihtiyaç duyduğunu gösterdi. Bütün hücreler, nöronlar da dahil olmak üzere, düzgün çalışabilmek için proteinlere ihtiyaç duyar. Bu süreç, ilgili bilginin bir genin mRNA’sına kopyalanması yoluyla gerçekleşen bir süreç olan gen ifadesi yoluyla üretilir. Olgun mRNA daha sonra gerekli proteine çevrilir. Biyokimya ve mikroskopi alanındaki ilerlemeler sayesinde, hücrelerdeki bireysel mRNA kopyalarının ve karşılık gelen proteinlerin konumunu ve sayısını hassas bir şekilde haritalayabilmek ve binlerce mRNA ve protein türü için sayıyı ölçebilmek mümkün hale gelmiştir. Bu, araştırmacıların, tüm molekül türlerinde geçerli olan karmaşık organizasyon prensiplerini incelemesine ve uygulamalarına olanak tanır.
Araştırma ekibi on binlerce molekül türünü içeren ondan fazla büyük ölçekli mRNA ve proteomik taramalardan elde edilen deneysel verileri birleştirdi.
“Çalışmamız, enerji tasarrufu sürüşünün mRNA ve protein sayısını ve konumunu belirlediğini ve bunun, molekülün uzunluğu, ömrü ve diğer özelliklerine bağlı olarak her moleküler türü farklı şekilde etkilediğini gösterdi.”
Cornelius Bergmann, ilk yazar, Doktora öğrencisi, Bonn Üniversitesi UKB’de Deneysel Epileptoloji ve Biliş Araştırmaları Enstitüsü
Sonuçlar, moleküllerin sentez, taşıma ve parçalanması için enerji maliyetlerinin, onların mekansal konumunu ve toplam sayısını enerji verimli çözümlerle sınırladığını göstermektedir.
“Eğer bazı kısa ömürlü proteinler hücre gövdesinde sentezlenseydi, bunların büyük bir kısmı, uzun seyahat süresi nedeniyle sinapslara canlı bir şekilde ulaşamazdı,” diyor Prof. Tchumatchenko. “Bu, görevlerini yerine getiremeyen proteinlere enerji harcamak anlamına gelirdi.”
İlgili Hikayeler
• MS hastalarında görüşü geri kazanabilecek yeni ilaç adayı
• Hepatit E virüslerinin sinir hücrelerini nasıl etkilediğini gösteren yeni hücre modeli
• Şeker ve yağa tepki veren beyin nöronları, obezite kontrolüne yeni bakış açıları sunarÇalışmada yapılan model hesaplamaları, proteinlerin, eğer enerji kaybı, hücre gövdesinden sinapslara kadar olan yolculuk sırasında taşıma için gereken enerjiden daha fazla ise, tercihen bir sinir hücresinin dallanan, incelen uzantıları olan dendritlerde sentezlendiğini göstermektedir.
Gen ifadesi çalışmalarına yeni bir perspektif
Ancak, araştırma ekibinin bulguları enerji tasarrufundan öteye geçmektedir. “Sonuçlarımız, farklı moleküler türler arasında etkili olan hücrelerde gen ifadesi organizasyon prensiplerini aydınlatmaktadır ve bireysel düzenleyici mekanizmaların ötesine geçmektedir,” diyor Göttingen Üniversitesi Tıp Merkezi, Sinir ve Duyusal Fizyoloji Bölümü Başkanı ve Beyin Nörodejenerasyon Görüntüleme Merkezi (BIN) sözcüsü ve Moleküler makinelerden uyarılabilir hücre ağlarına çok ölçekli biyogörüntüleme Mükemmellik Kümesi (MBExC) üyesi olan Prof. Silvio Rizzoli, araştırmanın ortak yazarı.
Araştırma ekibi için en şaşırtıcı sonuç, proteinlerin belirli bir işlev değil, uzunluk veya ömür gibi fiziksel özelliklerinin, enerji bütçesi üzerinde ve dolayısıyla sentez yerinde bu kadar büyük bir etkiye sahip olmasıdır. Bonn Üniversitesi UKB’deki Deneysel Epileptoloji ve Biliş Araştırmaları Enstitüsü’nde doktora öğrencisi olan ve araştırmanın ortak yazarı olan Kanaan Mousaei, “Modelimiz, farklı laboratuvarlardan onlarca mevcut veri seti arasında ilişki kurmak için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.” şeklinde vurguluyor.Çalışmanın Kaynakları: Dergi referansı: Bergmann, C., ve diğ. (2025). Enerjinin nöronlardaki moleküllerin mekansal konumunu ve kopya sayısını nasıl belirlediği. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-025-56640-0.
