Yazar : Sjoerd Johan Seekles

Kaynak : https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002077

Mini Sözlük

PLOS“Public Library of Science” kelimelerinin kısaltmasıdır. PLOS, 2001 yılında kurulmuştur ve bilimsel araştırmaları serbestçe erişilebilir kılmak için open source yayıncılığının öncülerinden biridir. PLOS dergilerinde yayımlanan makaleler, genellikle herkese açık olarak sunulur ve okuyucuların ücretsiz olarak erişmesine izin verilir. Bu şekilde, bilimsel bilgiye erişimdeki engelleri kaldırarak, daha geniş bir kitleye bilimsel araştırmalara erişim imkanı sağlarlar
www.plos.org
ChaperoneEşlikçi
Trehaloseİki glikoz molekülünün alfa-1,1-glikozidik bağ ile birleşmesiyle oluşan bir disakkarittir. Böceklerin ve Fungilerin stresli koşullarda enerji kaynağıdır.
Dormancyinaktif, uyku hali
proteomeçekirdek ve organellerin genomları tarafından ifade edilen tüm proteinler

Dormant spordan çimlenmeye geçiş hem bir çalışma hem de bir tartışma konusu olagelmiştir. PLOS Biology’de yayımlanan yeni bir buluş proteomun çözülmesinde Chaperone Hsp42‘nin hayati bir önem taşıdığını, trehalozun rolünü de gözardı etmeden gösterdi.

Fungal sporlar; yüksek sıcaklık ve yüksek UV maruziyeti gibi extreme koşullarda hayatta kalabilen strese dirençli hücre türleridir. İşte bu yüksek stress dirençleri onların önleyici muamelelerden kaçıp infeksiyonlara ve gıdalarda bozulmalara yol açabilmelerini sağlar. Dahası, fungal sporlar dormanttılar, metabolik olarak neredeyse bir inaktif olma hali ona dormanside 17 yıla kadar canlılıklarını sürdürebilen sporlar vardır.

Fungal sporlar hayatta kalmalarını sağlamak için yüksek konsantrasyonlarda, uygun çözünenler (compatible solutes)Top ve küçük koruyucu proteinler biriktirirler. Toplam iç uyumlu çözünenlerin konsantrasyonunun 1M olabildiği raporlanmıştır. Comptible solutes ve proteinler sebebiyle fungal sporun sitoplazması çok viskozdur(akmazlık). Yüksek strese karşı direnç oluşturmanın yanında bu artmış viskozite sebebiyle spor içi metabolik aktivite arrest olur. Fungal sporun sitoplazması yüksek konsantrasyonda trehalose olması durumunda hücre içi Glassy state adı verilen camsı durumdadır denebilir. Camsı durumda moleküller, özellikle proteinler serbest hareket edemezler. Camsı durumdaki bir ortamda artık proteinler esnekliklerini yitirmişlerdir ve fonksiyonel katlanmalarını yapamazlar. Bu sebeple camsı halde enzimler korunmuş halde olmalarına rağmen (bozulmamış olmalarına) inaktiftirler.

Peki nasıl oluyor da metabolik aktiviteleri sınırlanmış olan dormant sporlar hemen hemen inaktif formdan canlı çimlenmeye geçebiliyor?

PLOS Biology dergisinde Samuel Plante ve arkadaşları tarafından yayımlanan ” Breaking spore dormancy in budding yeast transforms the cytoplasm and the solubility of the proteome ” adlı makalede, adamakıllı bir geçiş sürecinin en azından bir kısmının chaperones özellikle de Hsp42 tarafından yönetildiğini gösterdi. Bu ısı şoku proteinleri çimlenmenin erken başlangıç aşamasında fosforilasyonla aktifleniyor ve dormansinin kırılıp çimlenmeye geçilmesinde proteinlerin doğru bir şekilde çözülmesini sağlıyor. Hsp42 içermeyen fungus suşları olanlara göre yavaş çimlenirler ve çok viskoz sitoplazmadan normal sitoplazmik viskoziteye de daha yavaş geçerler. Şimdi bu durum aslında trehaloz konsantrasyonu ile de alakalı olabilir; çünkü Plante ve arkadaşları gösterdi ki Hsp42 içeren funguslarda içermeyen Wild-type sporlara göre trehaloz konsantrasyonu daha yüksek bulunmuştur. En önemlisi; Hsp42 proteinini içerip fosforilize edilemeyen amino asit rezidüleri içeren mutantlarda protein, çimlenme boyunca protein aktive olamıyor ve çimlenme daha yavaş seyrediyor. Binaenaleyh; sitoplazmanın çimlenmenin erken dönemlerinde en azından bir noktada chaperone Hsp42 sürecin yönetimini sağlıyor.

thumbnail

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002077.g001

Plante ve arkadaşlarınca tanımlandığı gibi; proteinlerin değişik çözünürlük seviyeleri vardır, bu da belli proteinlerin doğal fonksiyonlarını diğerlerinden önce kazanacağı anlamına geliyor. Bu buluş bize çimlenme olayında yeni bir bakış açısı kazandırmaktadır, proteinlerin yalnızca varlığı ve bolluğu değil, çimlenme anında içinde bulundukları durumun da önemini ortaya koymaktadır.

İlginçtir ki; Plant ve arkadaşlarının çalışması dormant bir sporun sterese tepki olduğu ve çimlenmenin de de stres giderici olduğu hipotezi olduğu fikri ile başlamıştır. Gerçekten de dormant sporlar strese girmiş vejetatif hücreler ile aynı tepkileri paylaşırlar. Plante ve arkadaşları; tomurcuklanan bir maya içinde vejetatif hücreye göre daha düşük bir pH ve daha düşük partikül hareketi olduğunu gözlemlemişlerdir. Stres altındaki bir vejetatif hücrede hücre içi asitliğin ve viskozitenin arttığı daha önceki çalışmalarda gösterilmişti. Ek olarak fungal sporların küçük koruyucu proteinler ve uygun çözeltiler biriktirdiklerini biliyoruz ki bu da stres tepkisi ile paralellik gösterir.

Fungal sporların sabit bir sterese yanıt olduğu ilginç bir hipotezdir ve bu çalışmadaki faydalı karşılaştırmalar ile doğrulanmıştır

Sjoerd Johan Seekles

Plante ve meslektaşları tarafından sunulan çalışma, bu proteinler için sporlarda, yalnızca dormant sporun kendi başına koruyucusu olarak değil, aynı zamanda proteomun çimlenme üzerine uygun şekilde çözülmesini ve yeniden katlanmasını sağlamak için yeni bir rol göstermektedir. Gelecekteki araştırmalar, proteom resolübilizasyonunda yer alan potansiyel diğer chaperon ve bu fenomenin maya askosporuna özgü olup olmadığına odaklanabilir. Ek olarak, trehaloz birçok mantar sporu türünde biriktiğinden ve sporun viskoz sitoplazmasının ana nedenlerinden biri olarak kabul edildiğinden, trehalozun protein resolübilizasyonundaki potansiyel rolünün daha fazla araştırılması gerekir

Kaynaklar
  1. 1. Dijksterhuis J. Fungal spores: Highly variable and stress-resistant vehicles for distribution and spoilage. J Food Microbiol. 2019;81:2–11. pmid:30910084
  2. 2. Wyatt TT, Wösten HAB, Dijksterhuis J. Fungal spores for dispersion in space and time. Adv Appl Microbiol. 2013;85:43–91. pmid:23942148
  3. 3. Nagtzaam MPM, Bollen GJ. Long shelf life of Talaromyces flavus in coating material of pelleted seed. Eur J Plant Pathol. 1994;100:279–282.
  4. 4. Olgenblum GI, Sapir L, Harries D. Properties of aqueous trehalose mixtures: Glass transition and hydrogen bonding. J Chem Theory Comput. 2020;16:1249–1262. pmid:31917927
  5. 5. Sampedro JG, Rivera-Moran MA, Uribe-Carvajal S. Kramers’ theory and the dependence of enzyme dynamics on trehalose-mediated viscosity. Catalysts. 2020;10(6):659.
  6. 6. Plante S, Moon K-M, Lemieux P, Foster LJ, Landry CR. Breaking spore dormancy in budding yeast transforms the cytoplasm and the solubility of the proteome. PLoS Biol. 2023; 21(4):e3002042.
  7. 7. Munder MC, Midtvedt D, Franzmann T, Nüske E, Otto O, Herbig M, et al. A pH-driven transition of the cytoplasm from a fluid- to a solid-like state promotes entry into dormancy. Singer RH, editor. eLife. 2016;5:e09347. pmid:27003292
  8. 8. Leeuwen MR, Krijgsheld P, Bleichrodt R, Menke H, Stam H, Stark J, et al. Germination of conidia of Aspergillus niger is accompanied by major changes in RNA profiles. Stud Mycol. 2013;74:59–70. pmid:23449598
  9. 9. Punt M, Brule T, Teertstra WR, Dijksterhuis J, Besten HMW, Ohm RA, et al. Impact of maturation and growth temperature on cell-size distribution, heat-resistance, compatible solute composition and transcription profiles of Penicillium roqueforti conidia. Food Res Int. 2020;136:109287. pmid:32846509
  10. 10. Chen S, Fan L, Song J, Zhang H, Doucette C, Hughes T, et al. Quantitative proteomic analysis of Neosartorya pseudofischeri ascospores subjected to heat treatment. J Proteomics. 2022;252:104446. pmid:34883268

Samuel Plante’ın makalesi : https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002042