Besin Algılama ve mTOR/AMPK Sinyalleşmesi
Besin algılama, hücrelerin besin ve enerji mevcudiyetini tespit ederek metabolizmalarını buna göre ayarladıkları moleküler mekanizmalar bütünüdür. İki merkezi nokta, besin ve büyüme faktörü bolluğuyla aktive olarak anabolik, büyümeye yönelik metabolizmayı teşvik eden mTOR ve enerji kıtlığıyla aktive olarak katabolizmayı başlatarak enerji dengesini yeniden sağlayan AMPK'dir. Birlikte, hücrelerin beslenme ve açlık durumlarına nasıl yanıt verdiğini koordine etmektedirler.
Tanım
Besin algılama, amino asitleri, glikozu, lipidleri ve hücresel enerji yükünü tespit eden ve bunları metabolik kararlara dönüştüren sinyal mekanizmalarını içermektedir. mTOR (rapamisinin mekanistik hedefi), besin yeterliliği ile aktive olan ve anabolik süreçleri yönlendiren bir kinaz iken, AMPK (AMP ile aktive olan protein kinaz), enerji stresi altında artan AMP/ADP tarafından aktive olmakta ve katabolik, enerji üreten yolları teşvik etmektedir.
Kapsam
Bu konu, başlıca besin ve enerji algılama yollarını — özellikle mTOR ve AMPK'yi — bunların girdilerini ve kontrol ettikleri metabolik programları kapsamaktadır. Bu, enerji dengesi içindeki sinyal biyokimyasına dair bir referans ve eğitim açıklaması olup, klinik veya farmakolojik bir rehberlik niteliği taşımamaktadır.
Temel sorular
- Hücreler hangi besinleri ve enerji sinyallerini, hangi sensörler aracılığıyla algılamaktadır?
- mTOR, besin bolluğunu anabolik metabolizma ve büyümeye nasıl bağlamaktadır?
- AMPK, enerji kıtlığını nasıl tespit etmekte ve enerji dengesini nasıl yeniden sağlamaktadır?
- Bu yollar, beslenme ve açlık yanıtlarını koordine etmek için nasıl etkileşime girmektedir?
Anahtar kavramlar
- Besin ve enerji algılama
- mTOR kompleks 1 ve amino asit sinyalleşmesi
- AMPK ve AMP/ATP oranı
- Anabolik ve katabolik metabolik programlar
- Otofaji düzenlemesi
- mTOR ve AMPK'nin karşılıklı koordinasyonu
- Beslenme-açlık metabolik geçişi
Temel kuramlar
- Anabolik bir besin sensörü olarak mTOR
- mTOR kompleks 1, amino asit mevcudiyetini, enerji durumunu ve büyüme faktörü sinyallerini entegre ederek protein, lipid ve nükleotit sentezini teşvik ederken, otofaji gibi katabolizmayı baskılamakta, böylece büyümeye yönelik metabolizmanın ana düzenleyicisi haline gelmektedir.
- Enerji stresi sensörü olarak AMPK
- AMPK, hücresel enerji düştüğünde ve AMP/ADP-ATP oranı yükseldiğinde aktive olmaktadır; daha sonra ATP üreten katabolik yolları açmakta ve ATP tüketen anabolik yolları kapatmakta, hücresel enerji homeostazisinin bir koruyucusu olarak işlev görmektedir.
Mekanizmalar
Hücreler, besin ve enerji durumunu, metabolik efektörlerde birleşen özel yollar aracılığıyla algılamaktadır (Efeyan et al., 2015). mTOR kompleks 1, amino asit yeterliliği ve büyüme faktörü sinyalleşmesi ile aktive olmakta ve protein, lipid ve nükleotit sentezi gibi anabolik metabolizmayı yönlendirirken, otofajiyi baskılamakta, böylece besinler bol olduğunda büyümeyi teşvik etmektedir (Saxton & Sabatini, 2017). AMPK, enerji stresi sırasında ATP'ye göre AMP ve ADP'deki artışla aktive olmaktadır; aktive olduğunda, yağ asidi oksidasyonu gibi katabolik, ATP üreten yolları uyarmakta ve ATP tüketen anabolik süreçleri inhibe etmektedir ve mTOR aktivitesini kısıtlayabilmektedir, bu nedenle iki sensör, metabolizmayı enerji mevcudiyetine uyacak şekilde karşılıklı olarak hareket etmektedir (Herzig & Shaw, 2017).
Klinik önem
mTOR ve AMPK yolları, besin ve enerji durumunun metabolizmayı nasıl şekillendirdiğini anlamak için merkezi öneme sahiptir ve metabolik hastalık, büyüme ve yaşlanma ile ilişkili olarak kapsamlı bir şekilde incelenmektedir. Buradaki içerik tanımlayıcı ve eğitsel nitelikte olup, farmakolojik veya tedavi tavsiyesi niteliği taşımamaktadır.
Tarihçe
Rapamisinin hedefinin ve daha sonra AMP ile aktive olan protein kinazın keşfi, hücrelerin besin ve enerji mevcudiyetini metabolik kararlara nasıl bağladığını ortaya koymuştur. 1990'lar ve 2000'ler boyunca yapılan çalışmalar, mTOR'un amino asitleri ve büyüme faktörlerini anabolizmayı yönlendirmek için nasıl algıladığını ve AMPK'nin enerji stresine nasıl yanıt verdiğini haritalandırmış ve bütünleştirici derlemeler (Efeyan et al., 2015; Saxton & Sabatini, 2017; Herzig & Shaw, 2017) bu yolları merkezi besin algılama merkezleri olarak pekiştirmiştir.
Öne çıkan isimler
- David Sabatini
- Reuben Shaw
- Alejo Efeyan
İlgili konular
Temel eserler
- efeyan-2015
- saxton-sabatini-2017
- herzig-shaw-2017
Sıkça sorulan sorular
- mTOR ve AMPK algıladıkları şeyler açısından nasıl farklılık göstermektedir?
- mTOR, başlıca besin bolluğu — özellikle amino asitler — ile birlikte büyüme faktörü sinyalleri tarafından aktive olurken, AMPK, ATP'ye göre AMP ve ADP'deki artış olarak algılanan enerji kıtlığı tarafından aktive olmaktadır; genel olarak, mTOR 'beslenmiş ve büyü' sinyali verirken, AMPK 'düşük enerji, ATP'yi koru ve üret' sinyali vermektedir.
- Bu yollar etkileşime girmekte midir?
- Evet. Karşılıklı olarak koordine edilmektedirler: AMPK, enerji stresi altında mTOR aktivitesini inhibe edebilmekte, metabolizmayı anabolik, büyümeye yönelik programlardan katabolik, enerji üreten programlara kaydırmaya yardımcı olmaktadır.