Baş döndürücü bir biyolojik mucize olan kök hücreler, hasar görmüş ya da kaybolmuş hücrelerin yerini alabilir, onları yenileyebilir ve onarabilir. Hayvanların ve insanların kök hücrelerinin çoğu yalnızca sınırlı sayıda hücre tipi üretebilir. Örneğin, bağırsak veya saçtan alınan kök hücreler sırasıyla sadece bağırsak veya saç üretir. Kaybedilen hemen her hücre tipini geri kazanma yeteneği tüm vücut rejenerasyonu olarak bilinir ve uzaktan akraba olan birçok omurgasızda mevcuttur.
Yetişkin pluripotent kök hücreler (aPSC’ler) süngerler, hidralar, planarya yassı solucanları, akoel solucanları ve hatta deniz bücürleri de dahil olmak üzere çeşitli hayvan türlerinde bulunmasına rağmen, hiçbir tür bunları nasıl yapacağını bulamamıştır.
Harvard Üniversitesi Organizmik ve Evrimsel Biyoloji Bölümü’nden araştırmacılar, Cell dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, acoel solucanı Hofstenia miamia’da aPSC’lerin oluşturulmasına yönelik hücresel mekanizmayı ve moleküler yolu keşfettiler.
Üç bantlı panter solucanı olarak da adlandırılan H. miamia, tamamen yenilenmek için “neoblast” olarak adlandırılan aPSC’leri kullanan bir türdür. H. miamia’yı parçalara ayırdığınızda her bir parça, ağzı ve beyni olan yeni bir vücut geliştirecektir. Rejenerasyon kapasitesi nedeniyle, kıdemli yazar Profesör Mansi Srivastava yıllar önce H. miamia’yı sahada bir araya getirdi. Laboratuvara geri döndüğünde, H. miamia kolayca incelenebilir çok sayıda embriyo geliştirmeye başladı.
Doktora sonrası araştırmacı Lorenzo Ricci, Srivastava ve ortak yazar tarafından daha önce yapılan bir çalışmada H. miami’de transgenez için bir metodoloji oluşturdu. Transgenez, bir organizmanın genomuna tipik olarak o genomun bir bileşeni olmayan bir şey ekleme sürecidir. Baş yazar Julian O. Kimura (Ph.D. ’22) bu yöntemi kullanarak bu kök hücrelerin kökenini araştırmayı başardı.
Kimura’ya göre pluripotent kök hücreler, yenilenme yeteneğine sahip tüm canlıların sahip olduğu bir özellik. Bir hayvan yaralandığında, bu hücreler kaybedilen vücut bileşenlerini yerine koymakla görevlidir. H. miamia gibi hayvanların bu kök hücreleri nasıl ürettiğini öğrenerek bazı hayvanların yenilenebilmesini sağlayan şey hakkında daha fazla bilgi edinebileceğimizi düşündüm.
Yetişkin hayvanların kök hücre popülasyonları, Piwi geninin ifadesi gibi çeşitli özellikleri paylaşır. Bununla birlikte, henüz hiç kimse bu kök hücrelerin herhangi bir türde ilk etapta nasıl oluşturulduğunu belirleyemedi. Srivastava’ya göre, öncelikle yetişkin hayvanlar bağlamında araştırıldılar ve bazı türlerde, nasıl işlev görebilecekleri konusunda bazı fikirlerimiz var, ancak nasıl yaratıldıkları konusunda değil.
Bilim insanları, solucan yavruları aPSC’leri içerdiğinden, embriyogenez sırasında üretilmeleri gerektiğini düşündüler. Ricci, protein Kaede’yi hücreye sokarak, embriyo hücrelerinin floresan yeşil renkte parlamasını sağlayan bir hat üretmek için transgenezi kullandı.
Kaede foto-dönüştürülebilirdir, bu nedenle çok özel bir dalga boyuna sahip bir lazer ışını yeşil renk üzerine tutulduğunda kırmızı renge dönüşür. Embriyonun tek tek yeşil hücreleri daha sonra renklerini yeşilden kırmızıya çevirmek için lazerle vurulabilir.
Embriyonik hücrelerin kaderlerini belirlemek için Srivastava, “Laboratuvarda foto-dönüşümlü transgenik hayvanlar kullanarak gerçekten yeni bir yöntem icat ettik” dedi. Embriyoların gelişimini izleyen Kimura, bu tekniği soy takibi yapmak için kullandı.
Kimura, tek bir hücreden birçok hücreye bölünen embriyonun büyümesini gözlemledi. Bu hücrelerin erken bölünmesi kalıplaşmış bölünme ile karakterize edilir, bu da embriyodan embriyoya hücrelerin tam olarak aynı şekilde bölündüğü anlamına gelir ve tutarlı hücre isimlendirmesine ve araştırmasına izin verir. Bu durum, belki de her bir hücrenin farklı bir işleve hizmet ettiği düşüncesini doğurmuştur. Örneğin, sekiz hücreli aşamada, üstteki, sol köşedeki hücre belirli bir doku üretirken, alttaki, sağdaki hücrenin farklı bir doku üretmesi mümkündür.
Kimura, işlevini belirlemek için her erken embriyonik hücre üzerinde metodik olarak foto-dönüşüm gerçekleştirerek sekiz hücreli aşamada tam bir kader haritası oluşturdu.
Daha sonra, solucan bir yetişkine dönüştüğünde, hala kırmızı etiketlemeye sahipken, hücreleri gözlemledi. Kimura, her bir hücrenin yerini, çok sayıda embriyo üzerinde tekrarlayan izleme süreciyle belirleyebildi.
Embriyonun on altı hücreli aşamasında neoblast gibi görünen hücrelere yol açan çok özel bir hücre çifti keşfetti. “Bu bizi son derece heyecanlandırdı” diyen Kimura şöyle devam etti: “Ancak neoblastların erken embriyonun on altı hücreli evresindeki iki çiftten daha fazlasından kaynaklanıyor olma ihtimali hâlâ vardı.
Sadece görünüş olarak neoblastlara benzeyen hücreler bulmanın yanı sıra hücrelerin neoblastlara benzer şekilde davrandığını da göstermemiz gerekiyordu.
Kimura emin olmak için H. miami’de 3a/3b olarak bilinen bu özel hücre grubunu test etti. Hücrelerin neoblast olabilmesi için kök hücrelerin bilinen tüm özelliklerine sahip olması gerekiyor. Bu hücrelerin yavruları rejenerasyon sırasında yeni doku üretiyor mu? Araştırmacılar, gerçekten de sadece bu hücrelerin yavrularının rejenerasyon sırasında yeni doku ürettiğini keşfetti.
Yüzlerce geni ifade etmesi gereken kök hücrelerdeki gen ifadesinin derecesi, onları ayıran bir başka özelliktir.
Kimura, 3a/3b’nin bu özelliğe uygun olup olmadığını görmek için döldeki kırmızı ve yeşil hücreleri 3a/3b kırmızı renkte ve diğer tüm hücreler yeşil renkte parlayacak şekilde ayırmak için bir ayıklama makinesi kullandı. Kırmızı ve yeşil hücrelerde hangi genlerin ifade edildiğini bulmak için daha sonra tek hücre dizileme tekniklerini kullandı. Bu bilgi, sadece 3a/3b hücrelerinin yavrularının ve başka herhangi bir hücrenin yavrularının moleküler düzeyde kök hücrelerle eşleşmediğini gösterdi.
Kimura’ya göre bu, sistemimizdeki kök hücre popülasyonunun hücresel bir kaynağa sahip olduğunun açık bir kanıtıydı.
Hücreleri gelişirken yakalama ve oluşumlarından sorumlu genleri belirleme yeteneği, çok önemli olan kök hücrelerin biyolojik kökeninin bilinmesiyle mümkün olmaktadır.
Kimura, embriyonik gelişim üzerine tek bir hücre düzeyinde devasa bir veri seti oluşturarak, gelişimin başlangıcından sonuna kadar embriyolardaki her hücrede hangi genlerin ifade edildiğini belirledi. Dönüştürülmüş 3a/3b hücrelerine büyümeleri için biraz daha zaman verdi, ancak kuluçka aşamasına ulaşmalarına izin vermedi. Daha sonra bu hücreleri yakalamak için ayıklama yöntemini kullandı. Bunu yaparak Kimura, kök hücrelere yol açan hücre soyunda hangi genlerin özellikle ifade edildiğini tam olarak belirleyebildi.
Kimura’ya göre, “analizimiz, kök hücrelerin gelişimi için çok önemli düzenleyiciler olabilecek bir gen koleksiyonunu gösteriyor.” “Bu genlerin homologları insan kök hücrelerinde önemli işlevler görüyor ve bu durum tüm hayvanlar için geçerli.”
Srivastava Julian için “Bu hayret verici bir hikaye çünkü mezun olduğunda bunu bulmuştu” dedi. “Laboratuvarıma embriyoda kök hücrelerin nasıl oluştuğunu anlamak niyetiyle başladı.”
Hofstenia miamia’nın kök hücrelerinde bu genlerin hangi mekanizma ile işlediği araştırmacılar tarafından daha fazla araştırılacak ve bu da doğanın pluripotent kök hücreleri üretmek ve korumak için nasıl bir yöntem yarattığını ortaya çıkarmaya yardımcı olacak.
Araştırmacılar, aPSC’lerin moleküler düzenleyicilerini anlayarak bu yöntemleri türler arasında karşılaştırabilecek ve pluripotent kök hücrelerin hayvanlar alemi boyunca nasıl geliştiğini gösterebilecekler.
Kaynak: scitechdaily
