Mitokondriyal dinamiğin düzenlenmesinde rol oynayan mekanizmalar

Abstract

Mitokondri, hücresel strese karşı toplam kütle, hücre içi bağlantılar ve hücre altı lokalizasyon değişiklikleri ile cevap veren oldukça dinamik bir organeldir. Mitokondriyal kütledeki toplam değişim, mitokondriyal biyogenez (mitokondriye eklenen artmış protein kütlesiyle birlikte mitokondriyal genom katlanması) ve mitofaji arasındaki değişen dengeye etki etmektedir. Ek olarak, mitokondrilerin kendi içinde bağlantılı bir şekilde uzamış halde bulunmaları mitokondriyal füzyon mekanizması ile açıklanırken, daha küçük çapta fragmente halde bulunan mitokondriler, mitokondriyal fizyon mekanizmasıyla oluşur. Mitokondriyal fonksiyonlar ve mitokondriyal dinamikler (fizyon ve füzyon), apoptoz ve yaşlanma gibi biyolojik süreçlerin ve kanser başta olmak üzere birçok hastalığın molekülsel mekanizmasının anlaşılmasında önemli role sahiptir. Mitokondriyal biyosentez ve degredasyon oranları tümör gelişiminin farklı aşamalarını etkileyebilir. Mitokondri, melanomagenezde de rol alan reaktif oksijen türlerinin (ROT) birincil üreticisidir ancak melanomagenez sürecindeki rolü hala tam olarak aydınlatılamamıştır. Dolayısıyla kanser hücrelerinin değişken metabolizmasını hedef alan yeni tedavi stratejilerinin geliştirilmesi için bu mekanizmaların ayrıntılı bir şekilde açıklanması gerekmektedir. Bu noktadan yola çıkarak bu çalışmada melanoma hücrelerinde mitokondriyal dinamik değişimlerinin, hücresel enerji mekanizmaları üzerindeki etkileri araştırıldı. Bu bağlamda mitokondriyal fizyon mekanizması, mitokondriyal füzyonu arttırmak amacıyla, mitokondriyal bölünme inhibitörü-1 (mdivi-1) ve Drp-1 siRNA kullanılarak inhibe edilmiştir. Daha sonra hücre ve mitokondriyal fonksiyon analizleri ve mitokondriyal biyogenezde rol alan proteinlerin ifadelerindeki değişimler western blot analizleri ile belirlenmiş ve değiştirilmiş mitokondriyal dinamiklerin melanoma tümör gelişimi üzerindeki etkileri ortaya konmuştur.

Mitochondria are highly dynamic organelles responding to cellular stress through changes in overall mass, interconnectedness, and sub-cellular localization. Change in overall mitochondrial mass reflects an altered balance between mitochondrial biogenesis (increased mitochondrial genome duplication combined with increased protein mass added to mitochondria) and rates of mitophagy. In addition, the extent to which mitochondria are interconnected to each other as a single continuous mitochondrial reticulum is determined by the extent of mitochondrial fusion while conversely, mitochondrial fission results in fragmented mitochondria of smaller overall dimensions. Research on mitochondrial fusion and fission (collectively termed mitochondrial dynamics) gained much attention in recent years, as it is important for our understanding of many biological processes, including the maintenance of mitochondrial functions, apoptosis and ageing. The rate of mitochondrial biosynthesis and degradation can affect various aspects of tumor progression. Mitochondria are the primary producers of reactive oxygen species, which are involved in melanomagenesis. However, the role of mitochondrial dynamics on melanomagenesis remains controversial and requires mechanistic understanding to target the altered metabolism of cancer cells. From this point of view in this study we investigated the effect of mitochondrial dynamic changes on cellular energy mechanisms at melanoma cells. In this context mitochondrial fission mechanism is inhibited with mitochondrial division inhibitor (mdivi-1) and knockdown with Drp-1 siRNA to induce mitochondrial fusion. Afterwards cellular and mitochondrial function analyses and changes in protein expressions related to mitochondrial biogenesis were determined with western blot analysis and effects of altered mitochondrial dynamics on melanoma tumor progression were revealed.