in

Anahtar Kontrol Mekanizması ve Embriyolar

Anahtar Kontrol Mekanizması Gelişmekte Olan Embriyoda Hücrelerin Dokuları ve Anatomik Yapıları Oluşturmasına İzin Veriyor

Giriş

Mikroskop altında, her çok hücreli organizma hayatının ilk birkaç saatlik evresinde uyumsuz bir şekilde karmakarışıktır. Döllenmeden sonra, bir zamanlar sakin olan tek hücreli yumurta tekrar tekrar bölünür, hızlıca büyüyen embriyonun içinde kargaşalı bir hücre çukurunu dakikalar içinde oluşturur.

Bu bariz kargaşanın içinde hücreler yine de kendi kendine organize olmaya başlar. Sonunda dokuların inşa edilmesinde görev alan üç boyutlu örüntü, organlar ve beyinden ayak parmaklarına kadar olan anatomik yapılar birbirinden ayrılır. Son yıllarda, bilim insanları morfogenez olarak adlandırılan bu süreç üzerinde yoğun çalışmalar yapmaktadır. Fakat araştırmalar bir çok yönden muammalı olarak kalmıştır.

Şimdi, Harvard Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Enstitüsü bilim insanları erken embriyonik gelişim evresinde hücrelerin kendi kendisini organize ettiği anahtar bir kontrol mekanizması keşfettiler. Bulgular 2 Ekim’de basılan Science dergisinde yayinlandı, çok hücreli hayatının temeline ışık tutuldu, doku ve organ mühendisliği stratejilerinin geliştirilmesine de yeni kapılar açıldı.

Zebra balığı embriyosu omuriliği üzerinde çalışmalar yapan grubun lideri Blavatnik Enstitüsü Sistem Biyolojisi profesörü Sean Megason morfogenez sırasında farklı hücre türleri kendiliğinden sıralanmak için adezyon moleküllerinin eşsiz combinasyonlarını ifade ettiğini ortaya çıkardı. Bu adezyon kodları hangi hücrelerin bağlantıda kalmayı tercih edecegine ve bunu nasıl güçlü bir şekilde başaracaklarına karar veriyor, hatta gelişmekte olan embriyoda geniş çaplı hücresel yeniden düzenlenme gerçekleşiyor.

Araştırmacılar, adezyon kodlarının işleyişlerinin, gelişimde hücre kaderinin ve örüntüsünün şekillenmesine yön veren uzman sinyal molekülü olarak bilinen, morfojenler tarafından düzenlendiği bulgularına ulaştılar. Sonuçlar morfojenlerin karşılıklı etkileşimlerinin ve adezyon özelliklerinin bir organizmanın yapımı için gerekli hassasiyet ve uyumun organize edilmesine izin verdiği ileri sürülüyor.

Çalışmanın araştırmacılarından Megason “Benim laboratuvarımın görevi biyolojik oluşumların basit dizay prensiplerini anlamaktır.” diyor. “Bizim bulgularımız embroyolojide en eski ve en önemli kavram olarak bilinen morfogenez sorununu yeni bir yaklaşımla ifade etmektir.” diye ekliyor

Yazar, erken gelişim evresinde hücrelerin kendilerini nasıl organize ettikleri anlaşıldığında doku mühendsiliği ve organ transplantasyonu gibi klinik uygulamalarda da yardımcı olabilir, diyor.

Blavatnik Üniversitesi Sistem Biyolojisi ana bilim dalı akademisyeni olan araştırmanın öncüsü Tony Tsai “Araştırmacılar ve medikal uygulamalar için yapay doku tasarlamak en önemli görevimizdir, fakat bu günlerde uyumsuzluk en büyük problemlerimizden biridir.” diyor ve “Embriyonik gelişme sürecinde hücrelerin bir organizmanın bileşenlerini bu kadar sağlam ve yeniden üretilebilir bir şekilde nasıl yapılandırabildiğini anlamak ve tersine mühendislik vasıtasıyla öğrenmek için net bir ders vardır.” diyerek sözlerini sonlandırıyor..

Mücadele

Araştırmanın öncülüğünü Tsai ve işbirliği yaptığı Carl-Philipp Heisenberg ve IST Avusturya’dan çalışma arkadaşları yapıyor ve araştırma ekibi ilk olarak morfojenin en iyi yapılandırılmış Fransa bayrak modeli olarak blinen iskeletine bakıyor.

Bu modelde, morfojenler embriyoda yakındaki hücrelerin daha çok uzaktakıların ise daha az maruz kalacağı şekilde lokalize olmuş bir kaynaktan salınıyor. Morfojene maruz kalma miktarı özellikle hücrelerin kaderini belirleyen farklı hücre programlarını aktive ediyor. Morfojenlerin konsantrasyon gradyanı, hücrelerin yoğun olduğu bölgelere göre Fransız bayrağının farklı renk bantlarını çağrıştıran desenler boyuyor

Bu model bazı sınırlandırmalara sahip olsa da Megason önceki çalışmalarında canlı hücreleri görüntülemek ve tek hücre takip etmek için zebra balıklarının tüm embriyolarında morfojen sinyallerinin özellikle bayrak sınırlarında rahatsız edici ve çelişkili olabileceğini göztermek için kullanmıştır. Ek olarak gelişmekte olan embriyodaki hücreler morfojen sinyallerini karıştırbilecek şekilde sürekli bölünme ve hareket halindedir. Bu durum hücre tiplerinin ilk karışık modellemesi ile  sonuçlanır.

Yine de takım hücrelerin rahatsız edici bir başlangıçla da olsa kesin yolla kendilerini nasıl sınıflandırdıklarını anlamak için yola çıktı. Takım ayrımsal adezyon olarak bilinen 50 yıl önce önerilmiş hipozteze odaklanıyor. Bu hipotes hücrelerin diğer hücre tiplerine bağlanarak yağ ve sirkenin ayrılma prensibine benzer bir şekilde zamanla sınıflandırılıyor. Fakat bu olayın sınıflandırmada bir rol oynadığına dair çok az kanıtımız vardır.

Megason, Tsai ve çalışma arkadaşları bir hücrenin diğerine bağlanacağı kuvveti ölçmek için bir metod geliştirdiler. İki hücreyi birlikte konumlandırdılar ve daha sonra her hücre hassas bir şekilde kontrol edilen emme basıncıyla mikropipetlere çekilir. Bu şekilde araştırmacılar iki hücreyi ayırmak için gerekli olan kuvveti ölçmüş olur. Ayrıca, aynı anda üç hücreyi analiz ederek yapışma tercihlerinide belirleyebilirler.

Araştırma grubu bu tekniği Zebra balıklarının embriyonik dönemde oluşmakta olan omuriliğinde bulunan üç farklı nöral progenitör hücre modelini incelemek için kullandı.

Deneyler benzer tip hücrelerin kuvvetli ve tercihen benzer diğer hücreye bağlandığını ortaya çıkardı. İlgili adezyon molekülünü kodleyen genleri tanımlamak için araştırmacılar her hücre için tipi tek hücre RNA sekanslama kullanılarak ekspresyon profillerini analiz etti. Daha sonra aday geni bloke etmek için CRISPR-Cas9 kullandılar. Eğer iskelet oluşumu zarar görmüş ise molekülün bağlanma olayına ne kadar katkı sağladığını bulmak için ayırma testini kullandılar.

Adezyon Kodu

N-kaderin, kaderin11 ve protokaderin 19 isimli üc gen normal modellemenin esaslarını ortaya cıkarmıştır. Bu genlerin farklı kombinasyonları ve farklı düzeylerde ifade olmasında adezyon tercihlerinin farklılaşmasın sorumludur. Bu kod her hücre tipi için özgündür ve diğer hangi hücreler tiplerinin morfogenez sırasında bağlı kalacağına karar verirler.

Tsai “Biz bu üç adezyon molekülünün her hücre tipinde farklı miktarda ifade edilmesine bakıyoruz.” diyor ve ” Bu kod hücreler tarafında tercihli olarak kendisiyle aynı tür hücrelere bağlanmak için kullanılır. Fakat hücreler doku oluşturmak için farklı hücre türleriyle de işbirliği yapmak zorunda olduğu için diğer hücre türleriyle de bir miktar  bağlanır. Bu bölgesel etkileşim kurallarını bir araya getirerek genel tabloyu aydınlatabiliriz.” diyerek sözlerini tamamlıyor.

Çünkü adezyon kodu her hücre tipi için özeldir, araştırmacılar bu kodun muhtemel olarak hücre aderine karar veren morfojen sinyaller tarafından kontrol edildiğini ileri sürüyor. En bilindik morfojenlerin nasıl karıştığını gözden geçiriyorlar. Sonic hedgehog proteini (Shh) hücre tipini ve hücre tipine karşılık gelen adezyon molekülünün gen ifadesini etkiliyor.

Analizler bütün hücre tiplerinin ve adezyon molekülleri düzey ve pozisyon bakımından gen ifadeleri son derece ilişkili. Bu Sonic hedgehog proteini aktivitesindeki farklılıklara yanıt olarak hicre tipi ve adezyon molekülü içi gen ifade biçimlerinin birlikte değiştiği bütün yeni oluşan omurilik hücreleri boyunca geçerlidir.

Megadon “Bulduğumuz şey bu morfojenin yanlızca hücre kaderini kontrol ettiği değil hücre adezyonunu da kontrol ettiğidir.” diyor ve “Fransa bayrak modeli ilk taslağı oluşturur ve daha sonra ayrımsal adezyonun kesin modellemeyi oluşturur. Bu farklı stratejilerin bir araya getirilmesi üç boyutlu zamanda ve uzayda embriyo oluşurken hücrelerin nasıl modelleme inşa ettiklerini ortaya çıkartıyor” diye ekliyor.

Araştırmacılar gelişmekte olan embriyoda morfojen sinyali ve adezyon arasındaki karşılıklı etkileşim ile ilgili derin incelemeler yapıyor. Güncel çalışmalae sadece üç farklı hücre tipini araştırıyor ve geriye analiz edilmesi gereken pek çok adezyon molekül adayı ve morfojen kalıyor. Ek olarak morfojenlerin bütün hücre tiplerini nasıl kontrol ettiği ve adezyon molekülünün ifadesi ile ilgili detaylar hala açıklığa kavuşturulamamıştır.

Yazar bu sürecin daha iyi anlaşılması bütün organizmada tek hücreli yumurta yapımının anlaşılmasında bilim adamlarına yardımcı olabilir diyor. Bunun da özellikle nakiller için yapay doku ve organ oluşturma çabaları ve yeni ilaçadaylarını test etmek için biyoteknolojide derin etkileri olabilir.

Megason “Şu anda doku mühendisliği ile alakalı sorun şu ki temelde yatan bilimin ne olduğunu bilmiyoruz” dedi. Eğer dere üzerinde bir köprü inşa etmek istersen, belki fiziği anlamadan köprüyü inşa edebilirin. Fakat eğer bir asma köprü inşa etmek istersen, temel fizik hakkında birçok şeyi bilmek zorundasındır. Bizim amacımız embriyo için bu kuralların ne olduğunu ortaya çıkartmaktır.

Kaynak:https://phys.org/news/2020-10-keymechanism-cells-tissues-anatomical.html

Görsel Kaynak: https://www.all.org/when-does-a-human-life-begin-when-does-the-inhumanity-of-abortion-end/

Editör: Meryem Melisa KAR

Ne düşünüyorsunuz?

5 Points
+ Oy - Oy

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir