Bazal Membran

Hücresi alınmış zar

Kasımın ilk çarşambası. Bilecik'e gece yağmur yağmış; laboratuvarın penceresinden bakınca vadideki kavakların yaprakları ıslak kaldırıma yapışmış görünüyor. Necla Hanım inkübatörden iki asılı kap çıkarıyor. Geçen hafta direnci 660 ohm·santimetrekareye ulaşan olgun epitel tabakasından kalan iki kap bunlar. Dün akşam hücreleri, onları çözen hafif bir yıkamayla zarın üstünden kaldırmış. Kabın dibi ilk bakışta boş.

Oylum çubuklu elektrotu yerleştiriyor. Ekranda 126 ohm beliriyor; hücresiz boş kap 120 ohm vermişti. "Hücreler gitmiş, direnç de gitmiş," diyor. "Zarın üstünde bir şey kalmamış mı?" Necla Hanım öbür kabın zarını lamele aktarıp mikroskoba koyuyor. Zarın üstünde, sabah boyanmış ince bir örtü duruyor: yeşil ışıyan antikor laminini, kırmızı olanı tip IV kolajeni gösteriyor. Örtünün üstünde, kaldırılan hücrelerin sınırları soluk altıgenler hâlinde hâlâ seçiliyor. Masada patolojiden ödünç iki görüntü daha var: pembe-mor bir boyayla boyanmış bir böbrek kesiti ve bir epitel tabanının elektron mikroskobu baskısı.

Bu derste ne olacak

Tabakanın neden iki adla anıldığını ve ne kadar ince olduğunu hücreyle ve zarla kıyaslayarak ölçeceğiz. Onu kuran dört proteini bir tabloda toplayıp hangisinin önce geldiğini göreceğiz. Sonra boşalan kabın 126 ohmundan yola çıkıp tabakanın neyi durdurduğunu, neyi geçirdiğini ve böbrekte nasıl bir süzgeç olduğunu konuşacağız.

Metin

Aynı katmana iki ad

Dokuyu tanıttığımız derste OpenStax'in anatomi kitabından, epitelin glikoprotein ve kolajenden oluşan bir bazal laminaya tutunduğunu, bu laminanın altında bağ dokusunun ürettiği katmanla birleşerek bazal membranı kurduğunu okumuştuk. İki ad iki mikroskoptan gelir. Wikipedia'nın bazal lamina maddesi ilk adın elektron mikroskobunda, ikincisinin ışık mikroskobunda kullanıldığını yazar; elektron mikroskobunun ayırdığı katmanların hepsi, ışık mikroskobunda tek bir çizgi olarak görülür.

Ne kadar ince? Hohenester ile Yurchenco'nun 2013 derlemesi ve Yurchenco'nun 2011 derlemesi çoğu bazal membranın 50–100 nanometre kalınlığında olduğunu yazar; Wikipedia 20–100 nanometre aralığını verir. Oylum'un kaldırdığı hücreler yaklaşık 10 mikrometre yüksekliğindeydi. 10.000 ÷ 100 = 100, 10.000 ÷ 50 = 200: tabaka hücrenin yüzde biri ile iki yüzde biri kadardır. Glikokaliks dersinde hücre zarının 5–10 nanometre olduğunu görmüştük; bazal lamina bir zarın beş ile yirmi katı kalınlığındadır.

Işık mikroskobunun ayırma gücü, hücre kuramının tarihini işlerken gördüğümüz gibi 200 nanometre dolayında kalıyordu; 100 nanometrelik bir lamina bu sınırın altındadır. Patolojinin kesitinde yine de bir çizgi görünür. Ayırma sınırından ince bir yapının görüntüde en az o sınır kadar geniş bir iz bıraktığını, hücre iskeletinin ipliklerini ölçekli bir şeride çizdiğimiz gün görmüştük. Wikipedia'nın PAS maddesi bu boyanın karbonhidratı bol yapıları, bu arada bazal laminaları mor-magenta boyadığını yazar; 2021'de böbrek kesitleri üzerinde yapılan bir yüksek çözünürlüklü mikroskopi çalışması da bazal membranları PAS'lı kesitlerde izlemişti.

Elektron baskısında Oylum'un gördüğü şey başkadır: zarın hemen altında açık renkli bir bant, onun altında koyu bir çizgi. Kitaplar bunlara lamina lucida ve lamina densa der. Ama iki derleme de bu görünümün hazırlama yöntemine bağlı olduğunu yazar.

Dört parça, iki ağ

Lennon ile Sherwood'un 2025 özeti her bazal membranda dört çekirdek yapı taşı sayar: laminin, tip IV kolajen, nidojen ve perlekan. Aynı dörtlüyü Wikipedia'daki bazal membran maddesi de adlandırır.

Hohenester ile Yurchenco haçın uzun kolunu yaklaşık 80, kısa kollarını 35–50 nanometre verir; Lennon ile Sherwood uçtan uca 110 nanometreye varan bir boy yazar. Tip IV kolajen çok daha uzundur: Yurchenco ile Lennon ve Sherwood yaklaşık 400 nanometre, Khoshnoodi, Pedchenko ile Hudson'ın 2008 derlemesi 390 nanometre verir. Molekülün bir ucunda NC1 adlı küresel bir baş, öbür ucunda 7S denen bölge vardır. Khoshnoodi ekibine göre iki molekül NC1 başlarıyla, dört molekül 7S uçlarıyla birleşir ve 7S düğümü disülfit köprüleriyle birbirine kilitlenir; Lennon ile Sherwood da iki uçtaki bağlantının kovalent olduğunu yazar.

Bir hesap molekülün tabakada nasıl durduğunu söyler. 400 ÷ 100 = 4, 400 ÷ 50 = 8: kolajen molekülü tabakanın kalınlığından dört ile sekiz kat uzundur. Dik duramaz. Yurchenco da ince bazal membranlarda laminin ve kolajenin uzun eksenlerinin yüzeye paralel yattığını, bileşenlerin tek bir molekül katı oluşturduğunu yazar.

Distroglikan, kas ve epitel hücrelerinin zarında integrinin yanında duran ikinci bir laminin alıcısıdır; Yurchenco ve Wikipedia'nın laminin maddesi ikisini birlikte sayar. Hücre Göçü dersinde integrinlerin dışarıda laminine tutunduğunu görmüştük. Nidojenin iki ağa birden bağlandığını Yurchenco ile Lennon ve Sherwood yazar.

Önce yeşil, sonra kırmızı

Tabaka bir kalıba dökülmez. Yurchenco kuruluşun, lamininin hücre yüzeyine bağlanmasıyla başladığını, ancak bu tutunmadan sonra nidojen, kolajen ve perlekanın genç laminin iskeletinde birikebildiğini anlatır. Hohenester ile Yurchenco da ikinci ağın bundan sonra kolajenle kurulduğunu yazar.

Lennon ile Sherwood nematod embriyosunda sırayı dakikayla verir: laminin ve nidojen önce görünür, kolajen yaklaşık 100 dakika sonra, perlekan ondan 60 dakika sonra. Oylum'un lamelinde iki renk tek bir ince örtüde iç içe geçmiş; yeşil, hücrelerin izine en yakın yerde daha parlak.

Ağı kuran hücrelerin kendisidir. Wikipedia'nın bazal lamina maddesi onu üstündeki epitelin salgıladığını, bazal membran maddesi tabakanın iki yandaki hücrelerce üretildiğini yazar. Oylum'un kabında bağ dokusu hiç yoktu; örtüyü epitel tek başına örmüştü. Khoshnoodi ekibi kolajen IV zincirlerinin endoplazmik retikulumda birleştiğini yazar. Veziküler Trafik dersinde prokolajenin 300 nanometreden uzun bir çubuk olabildiğini okumuştuk; bu çubuk da hücrenin içinden salgı yoluyla çıkar.

Tabanın söyledikleri

Hücre kutupluluğunu tanımladığımız görsel harita dersinde eksenin bir ucu tepe yüz, öbür ucu bu tabakaya oturan taban yüzüydü. Eksenin alt ucunu tabakanın kendisi işaretler. Yurchenco bazal membranın işleri arasında epitel hücrelerinin kutuplaşmasını sayar; Lennon ile Sherwood da kutupluluğu, göçü ve farklılaşmayı düzenlediğini yazar. Sıkı bağlantının çit işi iki yüzün proteinlerini birbirinden ayırıyordu; hangi yüzün taban olduğunu ise hücreye integrinle dokunduğu bu zemin söyler.

Desmozomlar dersinde hemidesmozomun dışarıda laminin-332'ye tutunduğunu görmüştük. Yurchenco bu lamininin deri hücrelerinin bazal membranında baskın olduğunu yazar. Hohenester ile Yurchenco onun bir yandan α6β4 integrinine, öbür yandan tip VII kolajene bağlanıp hemidesmozom ile bağ dokusundaki bağlayıcı lifler arasında köprü kurduğunu anlatır; Wikipedia'nın bazal lamina maddesi de bu lifleri anar. Laminin-332 tabakanın hücreye bakan yüzündedir ve deriyi alttaki bağ dokusuna iki yönden dikilmiş tutar.

Süzgeç mi, duvar mı

Boşalan kabın 126 ohmu hesaba katılırsa, (126 − 120) × 1,1 = 6,6 ohm·santimetrekare eder. Olgun tabaka 660 veriyordu; 6,6 ÷ 660 = 0,01. Hücreler gidince olgun tabakanın direncinin yüzde biri kalmış.

Ağın gözenekleri ne kadar geniş? İnce tabakayı yerinde incelemek zordur; Yurchenco'nun ve Hohenester ile Yurchenco'nun derlemeleri, bazal membrana benzeyen kalın bir tümör matriksinde ortalama gözenek boyunu 10 nanometre dolayında verir. Gap Junctionlar dersindeki 1,5 nanometrelik kanalla karşılaştırınca 10 ÷ 1,5 ≈ 6,7; sıkı bağlantının 0,8 nanometrelik por yoluyla 10 ÷ 0,8 = 12,5 eder. İyonlar için bu ağ geniş bir kafestir. 10 mikrometrelik bir hücre ise 10.000 ÷ 10 = 1000 kat büyüktür.

Böbrekte aynı tabaka iri moleküller için süzgeç olur. Suleiman ve arkadaşlarının 2013 çalışmasına göre kanla idrarı ayıran engelin üç katı vardır: delikli kılcal endoteli, ayak uzantılı podosit denen epitel hücreleri ve ikisinin arasında, iki hücre tipinin birlikte salgıladığı glomerül bazal membranı. Lennon ile Sherwood bu tabakanın iri proteinleri ve kan hücrelerini durdurup suyu ve küçük molekülleri geçirdiğini yazar; Suleiman ekibi albümin ve antikorların geçişinin kısıtlandığını ekler. Hohenester ile Yurchenco glomerül bazal membranını olağandan kalın membranlar arasında sayar; Suleiman ekibi farede onu yaklaşık 200 nanometre ölçer.

Boyutun yanında yük de tartışılır. Perlekanın ve agrin adlı akrabasının heparan sülfat zincirleri eksi yüklüdür; Wikipedia'nın glomerül bazal membranı maddesi eksi yüklü parçacıkların bu yüzden tutulduğunu yazar. Yurchenco ise farede başlıca heparan sülfatlı proteoglikan podositlerden silindiğinde yük seçiciliğinin değişmediğini aktarır ve bu işi Glikokaliks dersindeki şeker örtüsünün görüyor olabileceğini not eder. Suleiman ekibi de süzgecin nasıl çalıştığının tartışmalı olduğunu yazar.

Hücreler için tabaka bir duvardır. Yurchenco elli nanometre ya da daha dar aralıklardan bir hücrenin sıkışarak geçemeyeceğini, göç eden hücrelerin tabakayı enzimlerle yerel olarak açtığını yazar. Tip IV kolajen ve laminin zincirlerini kodlayan genlerdeki bazı değişikliklerin kalıtsal böbrek hastalıklarıyla ve deride kabarcıkla seyreden hastalıklarla, tümör hücrelerinin bu tabakayı aşmasının da kanserin yayılmasıyla ilişkisi bilinmektedir; bu tabloların hiçbiri burada açılmaz.

İç içe iki ağ

Oylum defterine üst üste üç şerit çiziyor: hücre, yeşil ve kırmızı ipliklerin iç içe örüldüğü ince bir örtü, en altta boş bırakılmış bir bağ dokusu kutusu. Yanına "100 nm ≈ hücrenin yüzde biri", "400 nm yatık", "126 − 120 = 6 Ω", "10 nm ≫ 1,5 nm" yazıyor. Altına ekliyor: "Önce yeşil, sonra kırmızı. Ama altta kalın kolajen de var; o da ağ mı?"

Necla Hanım lameli kutusuna koyarken boş kutuyu gösteriyor. "O kutu dolu olacak," diyor. "Cuma zarın altına ineceğiz."

Kendini sına

1. Bir bazal membran 80 nanometre, hücre 12 mikrometre ise tabaka hücre yüksekliğinin kaçta kaçıdır? Zar 5 nanometre alınırsa tabaka zarın kaç katıdır?
2. Işık mikroskobunda "bazal membran", elektron mikroskobunda "bazal lamina" denmesinin nedeni nedir? PAS'lı kesitteki çizgi neden gerçek kalınlıktan kalın görünebilir?
3. Tip IV kolajen molekülü 390 nanometre, tabaka 60 nanometre ise molekülün tabakaya dik duramamasını sayıyla nasıl gösterirsin?
4. Laminin bağlanma yeri bozulmuş bir hücre yüzeyinde kolajen IV ağının kurulmasını bekler miydin? Hangi derlemelere dayanarak?
5. Hücreleri kaldırılmış kapta direnç 132 ohm olsaydı, olgun tabakanın 660 ohm·santimetrekaresinin yüzde kaçı kalırdı? Bu sonuç bazal membranın bariyer işi için ne söyler?
6. Glomerül süzgecinde heparan sülfatın yük seçiciliğindeki payı neden tartışmalıdır?

Bir sonraki derse köprü

Kollajen, Elastin ve Proteoglikanlar dersi bazal membranın altındaki bağ dokusuna inecek: ağ kuran tip IV kolajenden farklı olarak lif yapan kolajenler çekmeye nasıl dayanır, elastin gerildikten sonra neden eski boyuna geri döner, ve perlekanın akrabası olan proteoglikanlar suyu tutarak basınca dayanan bir jeli nasıl kurar?