Elektrolit Dengesinde Taşıyıcı Bozukluğu

Üç filtre ve bir yol

Salı sabahı bodrum penceresinden solgun bir ışık giriyor; dünkü yağmurun izi kaldırımda kurumak üzere. Selvi Hanım tezgâha avuç içi kadar bir düzenek koyuyor: vidalarla birbirine sıkıştırılmış iki yarım oda, iki yanından ince hortumlarla ılık tampon dolaşıyor. Odaları ayıran yerde bir filtre, filtrenin üstünde tek kat hücre var. Alt yüzleri besiyerine, üst yüzleri havaya bakıyor. Yanında aynı boyda iki filtre daha duruyor; etiketlerde yalnızca «1», «2» ve «3» yazıyor.

"Üçü de aynı hücreden," diyor Selvi Hanım. "Üçüne de aynı klorür kanalının geni yerleştirildi. Biri olduğu gibi, ikisi değiştirilmiş. Hangisinin ne olduğunu sona saklıyorum. Klorür iki filtrede üst yüzden çıkamıyor; nerede takıldığını bulmanı istiyorum." Arın defterin ilk sayfasına bir iyonun yolunu çiziyor: alttan hücreye, hücreden üste. Yol dört ok tutuyor ve her okun altına son üç haftada öğrendiği bir ad düşüyor.

Vaka — Birinci sahne

Arın'ın ilk işi düzeneği tanımak. Wikipedia'nın Ussing odası maddesine göre epitel iki yarım odayı ayırır ve iki yana aynı tampon konur; derişim, basınç ve gerilim farkı böylece ortadan kalkar. Katman yine de iyon taşırsa doğan gerilimi cihaz dışarıdan verdiği akımla sıfırda tutar. O akım, katmandan geçen net yükün ölçüsüdür.

Arın oranları defterin kenarına yazıyor: 1,2 ÷ 40 = 0,03 ve 2,0 ÷ 40 = 0,05. Ama bu akım tek bir proteinin işi değil. Frizzell ile Hanrahan'ın 2012 derlemesi de Saint-Criq ile Gray'in 2017 derlemesi de klorür salgısını iki basamakta anlatır. Hücrenin taban-yan yüzündeki Na-K-2Cl eşyönlü taşıyıcısı (NKCC1) klorürü hücrede biriktirir; itici gücü sodyumun içe doğru derişim farkıdır ve o farkı aynı yüzdeki Na⁺/K⁺ pompası kurar. Pompanın içeri aldığı potasyum taban-yan yüzdeki potasyum kanallarından geri çıkar; Frizzell ile Hanrahan'a göre bu çıkış, klorürü tepe yüzünden dışarı iten elektriksel farkı korur. Klorür hücreyi tepedeki bir kanaldan terk eder, sodyum hücrelerin arasından onu izler ve iki derlemeye göre su da çözünenin ardından gelir.

Tepedeki kanal CFTR'dir. Gadsby, Vergani ve Csanády'nin 2006 derlemesi ile Wikipedia'nın CFTR maddesine göre düzenleyici R alanı protein kinaz A ile fosforlanmadan, iki nükleotid bağlama alanına oturan ATP kanalı açamaz; cAMP'yi yükselten uyarının işe yaraması bundandır. Birincil aktif taşımayı işlerken ABC taşıyıcılarını iki ATP bağlama kaseti taşıyan pompalar olarak anmıştık. Gadsby ekibi CFTR'yi o aileden gelip kanala dönmüş bir protein sayar: ATP'nin döndürdüğü biçim değişimi burada bir maddeyi yokuş yukarı taşımaz, yalnızca bir kapıyı açıp kapar. Aynı özet, kanalın kistik fibroz adlı kalıtsal hastalıkta bozuk bulunan genden yapıldığını söyler. Arın dört okun altına birer şüpheli yazıyor: pompa durmuş olabilir, eşyönlü taşıyıcı klorürü biriktiremiyor olabilir, kanal yapılıp yolda kalmış olabilir, zara varmış ama açılmıyor olabilir.

İkinci sahne

Selvi Hanım birinci filtreyle başlıyor: taban-yan odaya pompayı durduran bir madde eklenince çizgi yarım saatte 40'tan 2'ye iniyor; 2 ÷ 40 = 0,05. Tepedeki kanallar yerinde duruyor, ama yokuşu kuran pompa durunca eşyönlü taşıyıcının itici gücü eriyor ve hücrede biriken klorür dağılıyor. Klorürün tepeden çıkabilmesi için içeride dengedekinden fazla klorür bulunması gerekir.

Arın'ın sorusu buradan doğuyor: ikinci ve üçüncü filtrede zayıf olan tepe kanalı mı, onu besleyen taban-yan zincir mi? İkisini ayırmak için Selvi Hanım taban-yan zarı geçirgen kılan bir madde ekleyip o yüzün direncini ortadan kaldırıyor, sonra iki odaya farklı klorür derişimi koyuyor: taban-yan odada yüksek, tepe odasında düşük. Artık yokuşu deneyci kuruyor ve ölçülen akım yalnızca tepe zarındaki kanalları yansıtıyor.

Arın hesaplıyor: 1,8 ÷ 60 = 0,03 ve 3,0 ÷ 60 = 0,05. Oranlar ilk ölçümdekiyle aynı kaldı. Pompayı ve eşyönlü taşıyıcıyı denklemden çıkarmak açığı kapatmadı, demek ki eksik tepe zarında. Defterdeki şüphelilerden ikisinin üstünü çiziyor.

Üçüncü sahne

Tepe zarındaki akımı kanal aracılı taşınımı işlediğimiz gün üç çarpana ayırmıştık: I = N × Pₒ × i (L03-P01-M03-D02). N zardaki kanal sayısı, Pₒ açık kalma olasılığı, i açık bir kanalın akımıdır. Yüzde üçlük akım herhangi bir çarpanın düşmesinden doğabilir; akım ölçümü hangisi olduğunu söylemez. Selvi Hanım dün akşam her hattan hücre toplayıp proteinlerini jelde yürütmüş, CFTR'yi tanıyan bir antikorla boyamış.

Glikokaliksi işlediğimiz hafta glikozilasyonun ER'de başlayıp Golgi'de sürdüğünü görmüştük; dün de yeşil proteinin bu durakları sırayla geçtiğini izledik. Cheng ve arkadaşlarının 1990 makalesine göre CFTR N-bağlı bir glikoproteindir ve bazı değiştirilmiş biçimlerinde olgun protein yoktur, yalnızca eksik işlenmiş biçim görülür. Alttaki ince bant ER'de şekerini almış ama Golgi'ye varmamış proteindir, yukarıdaki kalın bant Golgi'den geçmiş olgun biçimdir. İkinci hat proteini yapıyor ama protein ER'den çıkamıyor.

Denning ekibi aynı tabloyu kanalın en yaygın değişiminde, 508. sıradaki fenilalaninin silinmesinde (ΔF508) bulur: protein doğru işlenmez ve zara ulaşmaz. Anwar ve arkadaşlarının 2024 derlemesi, yanlış katlanmış bu proteinin ER'de ubikitinle işaretlenip proteazomda yıkıldığını ekler.

Üçüncü şeride bakan Arın rahatlıyor: burada her şey yerinde. Selvi Hanım onu durduruyor. Kalın bant proteinin Golgi'den geçtiğini söyler, zarda kaldığını söylemez. Zara varıp oradan hızla geri alınan bir protein de aynı bandı verir; yüzey işaretlemesinin yapılma sebebi bu. Üçüncü hatta N yerinde, geriye Pₒ ile i kalıyor.

Dördüncü sahne

İkinci hat için Selvi Hanım'ın elinde bir filtre daha var: iki gün yirmi yedi derecede büyütülmüş. Dünkü kaplarda da sıcaklık bir zar proteinini ER'de tutmuş, soğuma onu yola çıkarmıştı. Denning ekibi 1992'de ΔF508'in işlenmesinin sıcaklık düştükçe değişmemiş proteininkine yaklaştığını ve işleme düzelince zarda cAMP'ye yanıt veren klorür kanallarının belirdiğini gösterdi. Lukacs ve arkadaşları 1993'te hücreleri 24–28 derecede büyüterek aynı birikimi elde etti.

Arın akımı oranlıyor: 3,6 ÷ 40 = 0,09. Zara varan her kanal birinci hattınki gibi çalışsaydı akım N ile aynı oranda, 0,30'a çıkmalıydı. Gözlenenin beklenene oranı 0,09 ÷ 0,30 = 0,3. Birinci hatta kurgu olarak Pₒ = 0,4 alınırsa, soğukta kurtarılan kanalların açık kalma olasılığı 0,3 × 0,4 = 0,12 eder. Dalemans ve arkadaşlarının 1991 çalışması bu ayrımı tek kanal düzeyinde yapar: zara ulaşan az miktardaki ΔF508 kanalının iletkenliği, seçiciliği ve açık kalma süreleri normaldir, ama kapalı süreler çok uzar ve açık kalma olasılığı belirgin biçimde düşer. Veit ve arkadaşlarının 2016 derlemesi de kurtarılıp zara varan ΔF508'in kapı kusuru taşıdığını yazar. Akımın 37 derecede sönmesini ise Lukacs ekibi ile Sharma ve arkadaşlarının 2001 çalışması açıklar: kurtarılmış protein zarda değişmemiş olandan çok daha kısa kalır.

Selvi Hanım sabahtan beri ters duran kâğıdı çeviriyor. İkinci hat ΔF508. Üçüncü hat G551D: 551. sıradaki glisinin aspartik aside dönüştüğü biçim. Veit ekibine göre bu protein salgı epitelinin tepe zarında değişmemiş olanla benzer yoğunlukta bulunur, ama işlev görmez; Anwar ekibinin tablosu onu kapı kusurlarının örneği sayar. Yan odadaki yama kıskaç kaydı bunu doğruluyor: basamakların yüksekliği birinci hattınkiyle aynı, basamaklar ise seyrek. i yerinde, düşen Pₒ. Akım yüzde beşse ve N ile i tamsa, Pₒ = 0,4 × 0,05 = 0,02; kanal birinci hattakinden 0,4 ÷ 0,02 = 20 kat seyrek açık.

Geriye bakış

Arın dünkü soruyu iki hatta iki ayrı cevapla kapatıyor. İkinci hattın kanalı yapılmış ama ER'yi terk edememiş; soğuk onu zara taşıyınca kapısının da ağır işlediği görülmüş. Üçüncü hatta taşıyıcı yerine varmış, değişen yalnızca kapısı. İki filtrenin akımı birbirine çok yakındı, kusurları ise hücrenin iki ayrı durağındaydı.

Zincir nerede kırılabilirdi

Taban-yan yüzde pompa, eşyönlü taşıyıcı ve potasyum kanalları klorürü yokuşa çıkaran zinciri kurar. Bunlardan biri kırılsaydı, taban-yan zar geçirgen kılınıp fark dışarıdan kurulduğunda akım geri gelirdi; bu vakada gelmedi. Protein hiç yapılmasaydı jelde iki bant da olmazdı. Protein ER'de takılsaydı yalnızca alttaki bant kalırdı, ikinci hatta olduğu gibi. Golgi'yi geçip zarda kısa kalsaydı kalın bant görünür, yüzey işareti zayıf çıkardı. Zara varıp kapısı açılmasaydı yama kıskaç kaydında basamaklar seyrek olurdu, üçüncü hatta olduğu gibi. Gözenek daralsaydı basamaklar olağan sıklıkta ama alçak olurdu. Her halka kendi ölçümünü ister; kısa devre akımı tek başına hiçbirini ayırmaz.

Zincirin öbür ucunda su var. Ozmozu işlediğimiz gün suyun tanecikleri izlediğini görmüştük; tepeye klorür çıkmayınca onu izleyecek sodyum da su da çıkmaz. Filtrenin tepesindeki ince sıvı tabakası, taban-yan pompadan başlayan bütün zincirin ürünüdür.

Bu ders ne öğretmiyor

Bu vakadan bir hastanın kanındaki tuz düzeyi, tanısı ya da tedavisi hakkında sonuç çıkmaz. Klorür kanalının hücrede takılması, vücutta tuzun eksik olduğu anlamına gelmez ve dışarıdan tuz ya da herhangi bir takviye almanın bu zincirin hangi halkasını etkileyeceği hakkında hiçbir şey söylemez. Hastalığın seyri, belirtileri ve yönetimi bu dersin konusu değil.

Kendini sına

1. Kısa devre akımının düşük çıkması neden tek başına tepe kanalını suçlamaya yetmedi? Hangi ölçüm bu şüpheyi daralttı?
2. Soğukta büyütülmüş bir filtrede yüzeydeki kanal miktarı birinci hattın yüzde ellisi, akım ise yüzde onu olsaydı, birinci hat için Pₒ = 0,4 alarak kurtarılan kanalların açık kalma olasılığını hesapla.
3. Jelde iki bant da normal, yüzey işareti normal, yama kıskaçta basamaklar olağan sıklıkta ama yarı yükseklikteyse hangi çarpan düşmüştür? Bu kusur altı sınıftan hangisine denk gelir?
4. Taban-yan yüze pompayı durduran madde üçüncü filtreye eklenseydi akım nasıl değişirdi? Neden?
5. İkinci hatta soğukta beliren akım filtre 37 dereceye alınınca neden birkaç saatte sönüyor? Bu, sınıflamanın hangi kusuruna karşılık gelir?

Modülün kapanışı

Modül bir şişe keseyle başladı ve bir filtreyle bitiyor. Lipit yolunu, kanalın seçiciliğini, taşıyıcının döngüsünü, pompanın ATP'yi sıraya bağlamasını, sodyumun inişini ödünç alan taşıyıcıyı, suyun tanecikleri izleyişini ve keseciklerin zar taşımasını tek tek gördük. Bugünkü filtrede hepsi aynı anda çalışıyordu; biri bozulunca ötekileri sırayla devreden çıkarmadan hangisinin bozulduğu söylenemedi.

Bir sonraki derse köprü

Aktin Filamentleri dersi hücre iskeletine dönecek. Hücrenin görsel haritasında mikrovillusların omurgasını bir aktin demeti olarak çizmiş, ipliğin kalınlığını 6–7 nanometre almıştık; endositozu işlediğimiz gün de fagositoz fincanını aktinin ittiğini görmüştük. Soru şu olacak: küresel aktin birimleri (G-aktin) nasıl bir ipliğe (F-aktin) dizilir ve ipliğin iki ucu neden aynı hızda uzamaz?