2016 yılında Japon bilim insanı Yoshinori Ohsumi, otofaji alanında yaptığı çalışmalar ile Nobel Tıp veya Fizyoloji ödülünü almaya hak kazandı. Her geçen gün popüleritesi artan otofaji konusuna gelin biraz daha yakından bakalım!
Otofaji nedir?
Otofaji (İngilizce autophagy) kelimesi “kendi” anlamına gelen Yunanca auto– ve “yemek” anlamına gelen phagein kelimelerinden türemiştir. Bu nedenle otofaji terimi genel anlamda “kendi kendini yemek” şeklinde ifade edilebilir.
Otofaji nasıl çalışır?
Hücrelerin geri dönüşüm fabrikası olarak adlandırılabilecek olan otofaji, fonksiyonunu kaybetmiş hücre organellerinin geri dönüştürülerek tekrar kullanılmasından sorumludur. Bu mekanizma, hücrelerde sürekli olarak hasar kontrolü yapılmasını ve kalitenin devam etmesini sağlar.
Proteinler, hücre membranı, mitokondri ve ribozom gibi hücre bileşenlerinin lizozom adı verilen özelleşmiş hücre bölümlerine taşınması ve burada parçalanması şeklinde de açıklanabilir. Parçalanan organeller amino asitler gibi basit yapı taşlarına dönüştürülür ve tekrar kullanılmak üzere hücrenin kendisine sunulur.
Otofaji ve hücre yenilenmesi
Otofaji, hücresel bileşenlerin yenilenmesi için gerekli enerji ve yapı taşı ihtiyacını karşılar. Böylece açlık ve diğer stres türlerine cevap vermede esansiyel hale gelir.
Otofaji, virüs ve bakterilerin eliminasyonunda, embriyo gelişiminde ve hücresel farklanmada da rol oynar. Yapısı bozulmuş moleküllerin uzaklaştırılması ile hücresel hasarların birikmesi önlenir ve yaşlanmanın olumsuz etkileri azaltılır. Zararlı yapıların otofaji ile uzaklaştırılması reaktif oksijen türlerinin ve oksidatif stresin azaltılmasını da sağlar. Otofaji mekanizması birçok hastalığı önlemektedir. İşte o hastalıklardan bazılarına birlikte bakalım!
Nörodejeneratif hastalıklar
Alzheimer ve Parkinson hastalığı gibi birçok nörodejeneratif hastalık toksik proteinlerin nöronlarda birikmesi nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Otofaji, sağlıklı bir bireyde bazal seviyede mevcutken kalori kısıtlaması/açlık gibi çevresel faktörlerin değişmesi ile arttırılabilir.
Hücre içinde işlevsiz mitokondrilerin uzaklaştırılmasını sağlayan ve toksik proteinlerin birikmesini önleyen otofaji mekanizmasının bozulduğu durumlar ile Parkinson hastalığının ilişkili olduğu bilimsel çalışmalarla kanıtlanmıştır. Otofaji mekanizmasındaki artış ile patojenik proteinlerin neden olduğu nörodejeneratif hastalıkların hafifletebileceği düşünülmektedir.
Obezite
Otofaji; tip 2 diyabet, insülin direnci ve insülin üreten hücrelerdeki bozukluklarla da ilişkilendirilmektedir. Kore’de yapılan bir çalışmada otofajinin azalması durumunda insulin üreten hücrelerin yapı ve fonksiyonlarında bozukluklar, kanda yüksek miktarda glukoz (hiperglisemi) ve düşük seviyede insulin (hypoinsulinemia) gözlenmiştir. Bu çalışma ile otofajinin insulin üretimi için gerekli olduğu tespit edilmiştir.
Yaşlılık
Yaşlanma süreci çevresel ve genetik faktörlerin etkisi altındadır ve yaşam boyu biriken hücresel hasarlar yaşlanma hızını arttırır. Hasarların birikme oranıysa metabolizma hızı ve tamir mekanizmalarının etkisiyle alakalıdır.
Amerika ve Macaristan’da yapılan bir araştırmada, otofajinin yaşlanma ve yaşlılıkla gelişen dejeneratif hastalıklar üzerindeki etkisi incelendi. Bu çalışmanın sonucunda ise, otofajinin yaşlılık için merkez düzenleyici mekanizmalardan biri olduğu görüldü.
Zarar görmüş molekülleri ve organelleri parçalayıp geri dönüştürerek hücresel hasarların birikmesini önlediği ortaya çıktı. Arttırılmış otofajik aktivite ile yaşlılık ve Alzheimer gibi hastalıkların gelişiminin azaltılabileceği düşünülmektedir.
Bağışıklık sistemi
Otofaji, bağışıklık sisteminde yer alan hücrelerin gelişimini ve fonksiyonunu düzenlerken, reaktif oksijen türlerini, yapısı bozulmuş mitokondrileri, virüs ve bakterileri uzaklaştırarak bağışıklık sisteminin sürdürülmesini de sağlamaktadır.
Kas performansı
Düzenli fiziksel egzersizin vücut için birçok olumlu etkiye sahip olduğu bilinirken, yapılan son bilimsel çalışmalarla egzersizin otofajiyi arttırdığı ortaya çıkmıştır. Amerika’da yapılan bir çalışmada, egzersiz sırasında, başta kalp ve iskelet kasları olmak üzere, çeşitli kaslarda artmış otofaji oranları gözlenmiştir.
Bunun yanı sıra egzersizin karaciğer ve pankreas gibi glukoz ve enerji homeostasisinde yer alan organlarda da otofaji artışına sebep olduğu tespit edilmiştir. Kaslardaki artmış otofaji egzersiz sırasında gerekli enerji ve yapıtaşları ihtiyacının karşılanmasında ve kas performansının artmasında olumlu bir etki yaratmaktadır.
Açlık sürecinin otofaji üzerindeki etkisi nedir?
Glukoz ve yağ asitleri hücreler için temel enerji kaynaklarıdır. Glukoz, yemek sonrası hücreler tarafından enerji olarak kullanılırken, yağ asitleri yağ dokuda depolanır. Açlık sürecinde depo yağlar enerji kaynağı olması için yağ asitleri ve gliserole parçalanır. Karaciğer yağ asitlerini ketonlara dönüştürür ve bu ketonlar başta beyin olmak üzere birçok doku için ana enerji kaynağını oluşturur.
Açlık durumunda hücreler ve organlar sentez ve büyüme gibi süreçleri minimize ederken; mitokondri fonksiyonlarını, stres direncini, hücresel onarım mekanizmalarını, antioksidan savunma sistemlerini ve otofajiyi arttırır. Açlıktan sonra, beslenme ve uyku ile hücreler glukoz seviyelerini, protein sentezini, büyümeyi ve onarımı düzenler.
Aralıklı oruç ve fiziksel egzersiz beraber uygulandığı zaman, fiziksel ve mental performans artar. Ayrıca hastalık direncini arttıran birçok uzun dönemli adaptasyon da bu süreçte geliştirilir.
