Lipotoxic endoplasmic reticulum stress-associated inflammation: Molecular mechanisms and modification by a bioactive lipokine

Endoplazmik retikulumdaki (ER) protein katlanmasını bozan fizyolojik ya da patolojik süreçler katlanmamış protein yanıtı (KPY) adı verilen bir sinyal yolağını aktifleştirir. KPY yanlış katlanmış protein seviyelerini düşürerek hücre kurtuluşunu sağlar. KPY'nin 3 yakınsal sensörü PKR'yi anımsatan ER kinazı (PERK), inositol-gerektiren enzim-1 (IRE1) ve aktifleştiren transkripsiyon faktör 6'dır. Bunlar ER zarındaki protein katlanmasının kalitesini gözlemler ve bu bilgiyi hücrenin geri kalanına yayar. Eğer ER dengesi yeniden sağlanamazsa, uzun süre devam eden KPY hücre ölümüne neden olabilir.Son zamanlarda yapılan çalışmalar göstermiştir ki metabolik aşırı yüklenme, özellikle yüksek seviyede bulunan yağ asitleri ve kolesterol, ER stresi tetikleyebilir ve KPY sinyal yolağını aktifleştirebilir. Bu çalışmalar aynı zamanda ER stresinin obezite, tip 2 diyabet, insülin direnci, aterozkleroz ve karaciğer yağlanması da dâhil olmak üzere metabolik hastalıkların patolojilerinin temelinde yatan merkezi bir mekanizma olduğunu da göstermiştir. Besin maddelerinin fazlasının KPY'yi nasıl aktifleştirdiğini ve buna bağlı özgün stres mekanizmalarının metabolik stres sürecinde nasıl çalıştığını anlamak, gelecekte ER dengesini yeniden sağlamaya yönelik özgün ve etkili tedavi yöntemlerinin gelişimini kolaylaştıracaktır. Yağ fazlasının, bu stres sensörlerini nasıl aktive ettiği ve özellikle de yağ metabolizması ve inflamasyon olmak üzere değişmiş hücresel yanıtlarla nasıl ilişkilendirileceği konusu halen araştırılmayı gerektirmektedir.KPY'nin yağlarla aktifleştirilen moleküler mekanizması, ve KPY'nin üç yakınsal sensörünün yağ metabolizması ve inflamasyonla olan bağlantısı henüz anlaşılamamıştır. KPY'nin sensörlerinden biri olan PERK, translasyon mekanizmasının başlayışını kontrol eden ökaryotik translasyon başlatan faktör ? (eIF2?) ve redoks dengesini sağlayan bir antioksidan transkripsiyon faktörü olan çekirdeksel faktör eritroid-2-ilgili faktör-2 (Nrf2) olmak üzere yalnızca iki bilinen substrata sahip hücre zarına gömülü serine/threonin kinazdır. PERK'den kaynaklanan sinyal yolağını çalışmadaki var olan en büyük engellerden biri onun aktivitesini düzenleyen kimyasal ve moleküler bir tekniğin eksikliği olmuştur. Bu çalışmada PERK'ün özellikle kinaz aktivitesini modifiye eden kimyasal-genetik bir yaklaşım geliştirdim. Bu yaklaşıma göre belirli bir kinazın ATP bağlayan paketi, mutasyona uğratılmamış doğal kinaz için etkin bir substrat olmayan iri hacimli ATP analoğuna uyum sağlayabilmesi için mutasyona uğratılır. Böylece sadece mutasyona uğramış kinaz, aktive edici veya engelleyici özelliğe sahip iri hacimli ATP analogları tarafından hedeflenebilir ve buna da ATP analoğuna duyarlı kinaz (AZKA) denilmektedir. Bunun dışında fare makrofajlarına etkili bir şekilde ulaştırılabilecek ve PERK ifadesini önemli ölçüde azaltabilecek özel siRNA dizileri tespit ettim. Bu iki metot da PERK aktivitesinin, lipotoksik ER stresine-bağlı inflamasyon üzerindeki doğrudan etkisinin araştırılması için kullanılabilir. PERK ifadesini azaltmaya yönelik siRNA deney sonuçları, makrofajlarda palmitat uyarısına bağlı pro-inflamatuvar yanıta PERK'ün doğrudan bir katkısının olduğunu göstermiştir.Son olarak yağlara bağlı ER stresi ve ölümünü azaltmak için daha önceden de gösterilen bir biyoaktif tekli doymamış yağ asidi olan palmitoleatın, lipotoksik ER stresine-bağlı inflamasyonu modifiye edip edemeyeceğini de inceledim. Yapmış olduğum deneylerin sonuçlarına göre palmitoleat, yağa bağlı inflamasyonun engellenmesinde oldukça etkilidir. Beklenmeyen bir şekilde palmitoleatın LPS'e bağlı inflamasyonu da önemli ölçüde engellediği gözlemlenmiştir.Özet olarak tez çalışmam boyunca PERK kinaz aktivitesini doğrudan ve özel olarak modifiye etmek için etkin bir kimyasal-genetik mekanizması ve PERK ifadesini azaltabilen siRNA dizileri gibi yararlı araçlar geliştirdim. Yapmış olduğum çalışmanın sonuçları PERK'ün yağa bağlı inflamasyonda önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Bu da PERK aktivitesinde veya PERK'ün doğrudan pro-inflamatuvar hedeflerinde yapılacak modifikasyonun, diyabet ve aterozkleroz patogenezine katkıda bulunan obeziteye bağlı inflamasyonun engellenmesinde arzu edilen yaklaşımlardan biri olabileceği anlamına gelmektedir. Bu sonuçlar aynı zamanda palmitoleatın lipotoksik ER stresine bağlı inflamasyonu azaltabileceğini göstermiştir ve bu da hem insülin direncini hem de aterozkleroz üzerinde yarattığı yararlı etkiyi açıklayabilir. Ayrıca, geliştirmiş olduğum bu ATP-analoglarına duyarlı PERK mutantı, metabolik stres sırasında PERK'ün hedeflerinin tümünü tespit etmek için proteomik çalışmaları ile birleştirilebilir. Sonuç olarak, tez çalışmamda geliştirdiğim bulgular ve araçlar, yağa bağlı inflamasyonda PERK'ün rolünün moleküler mekanizmasının tanımlanması, metabolik stress sırasında PERK'e özgün hedeflerinin tespiti ve obezite, diyabet ve aterozkleroz hastalıklarında metabolik inflamasyona karşı yeni tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi yönünde yapılacak olan çalışmalara temel oluşturabilir.