Desmozomlar

Noktalar ve onlara bağlanan demetler

Ekimin son perşembesi, Bilecik'te sis bu sabah hiç kalkmamış; laboratuvarın pencereleri süt gibi. Necla Hanım salı günü halkanın altında gördükleri seyrek noktaları bu kez kendi adlarıyla boyamış. Lamelde bu hafta başka hücreler var: derinin en dış tabakasını kuran keratinositler, bir kültür şişesinde çoğaltılmış. Yeşil ışıyan antikor desmoglein denen bir proteini, kırmızı olanı keratini gösteriyor.

Oylum mikroskoba eğiliyor. Komşu iki hücrenin sınırında yeşil noktalar tespih taneleri gibi diziliyor. Kırmızı demetler hücrenin ortasından dalgalanarak geliyor ve her biri bir yeşil noktada bitiyor. Sınırın öbür yanında komşunun demetleri aynı noktadan çıkıp kendi hücresinin içine uzanıyor. "Sanki ip bir hücreden ötekine geçiyor," diyor Oylum, "yalnız noktada bir düğüm atılmış."

Tezgâhta iki tabak daha bekliyor. Necla Hanım aynı hücreleri kalsiyumlu besiyerinde bir tabakta bir gün, ötekinde üç gün büyütmüş. Sabah iki tabağın tabakalarını hücreleri tabandan ayıran dispaz enzimiyle bütün hâlde kaldırmış; her tabaktan bir yarım tabakayı bir saat kalsiyumu bağlayan EGTA'lı besiyerinde bekletmiş. "Şimdi hepsini pipetle aynı sayıda çalkala," diyor, "sonra parçaları say."

Bu derste ne olacak

Salı günkü kuşakla aynı aileden gelen iki kadherinin neden başka bir iplik ağına bağlandığını, noktanın içindeki katları dıştan içe izleyerek göreceğiz. Dispaz testinin parçalarıyla olgun bir desmozomun kalsiyumsuz kaldığında neden dağılmadığını hesaplayacak, noktaların kuvveti nasıl paylaştığını ve hemidesmozomun bu yapıdan nerede ayrıldığını konuşacağız.

Metin

Kuşağın altındaki noktalar

Epitel hücrelerinin yan yüzündeki üç katlı temasın en alt katını desmozomların oluşturduğunu, bu temas düzenini elektron mikroskobunda ilk ayıran iki araştırmacının gözlemiyle, kapatan şeridi işlediğimiz derste görmüştük. Dokuyu ve hücreler arası bağlantıyı tanıttığımız derste de desmozomun dışta kadherinlerle komşuya, içte ara filamentlere tutunduğunu ve Biology kitabının onu nokta kaynağına benzettiğini not etmiştik. OpenStax'in aynı bölümüne göre bu yapılar, esneyip gerilmeye uğrayan organlarda, örneğin deride, kalpte ve kaslarda hücreleri tabaka hâlinde tutar. Wikipedia'nın desmozom maddesi Latince adını da verir: macula adherens, yani yapışan leke. Kuşak hücreyi kesintisiz dolanır; desmozom ise yan yüze serpilmiş ayrı ayrı lekelerdir.

Leke ne kadar büyük? Bharathan, Mattheyses ve Kowalczyk'in 2024 derlemesi, Odland'ın 1958'de insan derisinde desmozom çapını 0,3–0,7 mikrometre ölçtüğünü aktarır. Tucker ve arkadaşlarının 2014 çalışmasında kültürdeki deri hücrelerinde ortalama boy yaklaşık 0,4 mikrometreydi. Oylum'un baktığı sınır 20 mikrometre uzunluğunda ve üstünde on yeşil nokta sayıyor. On nokta ile 0,4'ten 4 mikrometre eder; 4 ÷ 20 = 0,2. Sınırın beşte biri perçinli, kalanı boş. Salı günkü yeşil çerçeve ise sınırın tamamını çiziyordu.

Aynı aileden, başka bir eş

Nekrasova ile Green'in 2013 derlemesi ve Broussard, Getsios ile Green'in 2015 derlemesi dört desmoglein ile üç desmokollini sayar; Wikipedia'nın desmokollin maddesi toplamı yedi desmozomal kadherin olarak verir. Hangisinin yapıldığı dokuya bağlıdır. Nekrasova ile Green ikinci desmoglein ile ikinci desmokollinin kalpte ve tek katlı epitellerde baskın olduğunu, derinin katlarında ise bütün türlerin katmana göre dağıldığını yazar; Broussard ekibi de bu çiftin tek katlı epitellerdeki ağırlığını ve öbür türlerin çok katlı epitellere özgü olduğunu aktarır.

Dış bölümleri Adherens Bağlantıları dersindeki kola benzer. Wikipedia'nın maddesi beş dış alanı ve kalsiyumun bu alanları sertleştirdiğini aktarır. Harrison ve arkadaşlarının 2016 çalışması, desmozomal kadherinlerin karşı hücredeki eşlerine klasik kadherinlerdeki iplik değiş tokuşuna benzer bir yolla tutunduğunu kristal yapılarla gösterdi. Fark eşin kim olduğundadır. Aynı çalışmaya göre her desmoglein her desmokollinle yapışan bir çift kurar; oysa iki desmoglein ya da iki desmokollin, eşleşme yüzeylerindeki aynı yüklü amino asitler birbirini ittiği için zor eşleşir. Salı günü E-kadherinin kendi türünü seçtiğini görmüştük. Burada kural tersine döner: tutunma çoğunlukla heterofiliktir.

Noktanın içindeki katlar

Elektron mikroskobunda desmozom, zarların iki yanında aynaya tutulmuş gibi duran koyu şeritlerden oluşur. Bharathan ekibi Selby'nin 1950'lerde iki zar arasında yaklaşık 300 angstromluk, yani 30 nanometrelik bir aralık ölçtüğünü, Odland'ın ise aralığın tam ortasında ince koyu bir çizgi gördüğünü aktarır; bugün buna orta hat denir. Aynı hücre dışı çekirdeği Wikipedia'nın maddesi yaklaşık 34 nanometre olarak verir.

Keratinin kuşağa değil bu noktaya gitmesinin sebebi dışarıda değil, bu plaktadır. Kadherinin kuyruğuna oturan bağlayıcılar kuşaktakilerle aynı değildir. Wikipedia'nın plakoglobin maddesi bu proteinin β-kateninin yakın akrabası olduğunu, ikisinin de aynı tekrarlı dizilerden kurulduğunu yazar; plakoglobinin başka bir adı da γ-katenindir. Plakofilinler de aynı akraba gruptandır. Ama plağın zincirinin ucunda α-katenin değil desmoplakin durur. Ara Filamentler dersinde keratinin desmozoma desmoplakinle bağlandığını ve bu proteinin plakin ailesinden olduğunu okumuştuk. Tucker ekibi, plakoglobin ile plakofilinlerin ait olduğu aile ve plakin ailesinin birlikte kurduğu plağın keratini kadherinin iç ucuna bağladığını yazar; Nekrasova ile Green, desmoplakinin kuyruk ucundaki bozuklukların keratin tutunmasını etkileyebildiğini ekler.

Wikipedia'nın plakoglobin maddesi bu proteinin hem desmozomun hem de adherens bağlantısının plağında bulunan ortak bileşen olduğunu yazar. Nekrasova ile Green de derlemelerinde, hücreler temas ettikten sonra E-kadherinin plakoglobin ve plakofilin içeren kompleksleri zara çekerek desmozom kurulmasını başlatabildiğini bir model olarak anlatır. Salı günü Gumbiner ekibinin 1988 deneyinde E-kadherini tutan antikorun desmozomların kurulmasını da geciktirdiğini görmüştük; bu model o gecikmeye bir açıklama sunar, kesin bir kanıt değil.

Karşılaştırma bir tabloda toplanabilir:

Son satırın ikinci kaynağı Broussard ekibidir: onlar da desmozomun mekanik zorlanmaya uğrayan kalp ve deride güçlü yapışmayı sağladığını yazar. Kalp kasında hücreleri uç uca bağlayan interkalar disklerde desmozom, adherens tipi bağlantı ve oluklu bağlantı yan yanadır; Bharathan ekibi de Wikipedia'nın interkalar disk maddesi de bu üçlüyü sayar.

Kalsiyumu unutan perçin

Oylum parçaları sayıyor. Bir günlük tabakada, EGTA'sız yarım 18 parçaya bölünmüş; EGTA'lı yarım ise 140 parçaya, un gibi dağılmış. Üç günlük tabakada EGTA'sız yarım 5, EGTA'lı yarım 7 parça. Oranlar farkı gösteriyor: bir günlükte 140 ÷ 18 ≈ 7,8, üç günlükte 7 ÷ 5 = 1,4. Kalsiyumu bağlamak genç tabakayı parçalıyor, olgun tabakaya neredeyse dokunmuyor.

Kurgu sayılar gerçek bir testin biçimini izler. Büchau ve arkadaşlarının 2022 çalışması tabakayı dispazla kaldırıp bir saat EGTA'da bekletiyor, sonra mekanik olarak zorlayıp parçaları sayıyordu; kültür süresi uzadıkça parça sayısı azaldı. Tucker ekibi de kalsiyumsuzluğa dayanan desmozomları aynı mantıkla, tek katmanın parçalanmasıyla ölçtü.

Bharathan ekibi desmozomların önce kalsiyuma bağımlı kurulduğunu, uzun süre sık kültürde tutulduklarında kalsiyumdan bağımsız bir duruma geçtiğini anlatır. Aynı derleme hiperadezif durumda proteinlerin bağlantıya girip çıkmasının neredeyse durduğunu, fare derisinde desmozomların doğumdan önce bu duruma geçtiğini aktarır. Nekrasova ile Green hiperadezif desmozomu kalsiyum çekilmesine dayanan desmozom diye tanımlar ve bu durumun erişkin dokuda sürdüğünü yazar. Adherens bağlantısının böyle bir duruma girmediğini Bharathan ekibi ayrıca belirtir.

Olgun desmozom neden kalsiyumu unutur? Kesin yanıt yoktur. Büchau ekibinin ve Tucker ekibinin aktardığı modelde hiperadezyon, kadherin dış bölümlerinin daha düzenli dizilmesiyle ve orta hattın belirginleşmesiyle ilişkilidir. Plak da işin içindedir. Tucker ekibinde bir plakofilin artırıldığında desmozomlar kalsiyumdan bağımsızlaştı; Büchau ekibinde keratin olmadan hiperadezif desmozom kurulamadı. İplik ile perçin karşılıklı birbirini güçlendirir.

Bu durum geri dönebilir. Nekrasova ile Green yara kenarında bir enzimin yeniden etkinleştiğini ve desmozomların yeniden kalsiyuma bağımlı hâle geldiğini aktarır; Büchau ekibi de yara iyileşmesinde hiperadezyonun geçici olarak kaybolduğunu yazar. Nekrasova ile Green bu gevşemenin, yara kapanırken hücrelerin yer değiştirmesini kolaylaştırdığını düşünür.

Perçinlerin kuvveti paylaşması

Desmozomlar tek başına değil, ağ olarak çalışır. Ara Filamentler dersinde keratin demetlerinin desmozomdan desmozoma uzandığını ve komşu hücrelerin iskeletlerini birbirine eklediğini görmüştük. Oylum'un lamelinde de her kırmızı demet bir yeşil noktada biter ve komşunun demeti oradan devam eder. Bir hücreye gelen çekme, sınırın bir noktasında toplanmaz; keratinle perçinden perçine, hücreden hücreye dağılır.

Kurgu bir sayı verelim: bu sınırdan bir nanonewton, yani 1000 pikonewton çekme geçsin. On perçinle 1000 ÷ 10 = 100 pikonewton düşer. Salı günü α-kateninin 4,8 pikonewtonda açıldığını görmüştük; 100 ÷ 4,8 ≈ 21. Tek bir perçine düşen yük, tek bir molekülü açmaya yeten kuvvetin yirmi katı kadardır; bu ölçekte bir yük tek bir kadherin çiftinde kalamaz, plakta kümelenmiş çok sayıda çifte ve demete yayılır. Perçinlerin yarısı kaybolsa kalan beşine 200 pikonewton düşer. Yük sıfırlanmaz, yalnız kalan noktalara yığılır.

Hemidesmozom bu ağı tabana bağlar. Hücre İskeleti Görsel Laboratuvarı dersinde hemidesmozomun integrinle matrikse tutunduğunu ve içeride plektin üzerinden keratine bağlandığını çizmiştik. Walko, Castañón ile Wiche'nin 2015 derlemesi ve Wikipedia'nın hemidesmozom maddesi bu integrinin α6β4 olduğunu yazar; Walko ekibine göre α6β4 aktin yerine keratine bağlanan tek integrindir ve dışarıda laminin-332 adlı bir matriks proteinine tutunur. Adı yarım desmozom olsa da eşi komşu bir hücre değil, hücrenin altındaki ince matriks katmanıdır. O katmanın kendisi Bazal Membran dersinin konusu olacak.

Desmozomal kadherinlere karşı antikor üreten bazı otoimmün deri hastalıklarında, desmogleini kesen bazı bakteri toksinlerinde ve desmozom bileşenlerini etkileyen bazı kalıtsal kalp kası hastalıklarında bu perçinlerin gevşediği bilinir; tabloların klinik yüzü burada işlenmez.

Yarım tabakaların sayımı

Oylum defterine tespih gibi on nokta çiziyor ve her noktaya iki yandan kırmızı birer ip bağlıyor. Yanına "0,2 perçinli", "100 pN / nokta", "Dsg ↔ Dsc" yazıyor. Altına iki oran: "1. gün 7,8", "3. gün 1,4". En alta ekliyor: "Olgun perçin kalsiyumu unutuyor. Neden?"

Necla Hanım lameli yerine koyarken kırmızı demetlerin geçtiği sınırlardan birini gösteriyor. "İp bir hücreden ötekine geçiyor dedin," diyor. "Pazartesi ipin değil, suyun ve iyonların geçtiği yerlere bakacağız."

Kendini sına

1. Sınır 30 mikrometre olsaydı ve üstünde yine 0,4 mikrometrelik on perçin bulunsaydı, sınırın kaçta kaçı perçinli olurdu?
2. Bir desmoglein ile bir desmokollin ve iki desmoglein arasında, Harrison ekibinin bulgusuna göre hangi çiftin daha kolay kurulmasını beklersin, neden?
3. Keratin bağlanmasını sağlayan protein hangisidir ve plağın hangi katında durur?
4. Dispaz testinde bir günlük tabakada EGTA'sız 20, EGTA'lı 160 parça sayılsa oran kaç olur, bu tabakanın desmozomları için ne söylerdin?
5. Sınırdan 1000 pikonewton geçerken perçinlerin sayısı ona değil yirmiye çıksaydı, perçin başına ne kadar kuvvet düşerdi?
6. Hemidesmozom desmozomdan hangi iki bakımdan ayrılır?

Bir sonraki derse köprü

Gap Junctionlar dersi, Necla Hanım'ın pazartesiye bıraktığı soruyu soracak: altı konneksinin bir araya gelip kurduğu yarım kanal, yani konnekson, komşunun konneksonuyla nasıl buluşur ve iki hücrenin sitoplazmasını doğrudan nasıl birleştirir; bu kanaldan hangi büyüklükteki moleküller ve iyonlar geçebilir; ve interkalar diskte desmozomun yanında duran bu kanallar kalp kası hücrelerini elektrik bakımından nasıl eşler?