Massachusetts Institute of Technology (MIT), Whitehead Enstitüsü, Peter Reddien Laboratuvarı’ndan araştırmacılar, kök hücrelerin hücreleri ve dokuları nasıl yenilediğini, ortaya çıkarttı. Planarya* adı verilen solucanlar üzerinde yürütülen bu çalışmayı tasarlayanlardan biri de makalenin başyazarı, MIT’de doktorasını sürdüren Türk bilim insanı Kutay Deniz Atabay.
Whiehead Enstitüsü’nden bilim insanları doku ve organ yenilenmesinin temel mekanizmasını kabaca çözdüler. Bu ön bilgiler yardımıyla yetişkin insanlarda kök hücreler tarafından oluşturulan öncül (progenitor) hücrelerin doku yenilenmesini (rejenerasyon) nasıl gerçekleştiği anlaşılmış olacak.
Yönlendirici üç ilke
15 Mart tarihinde Science dergisinde yayımlanan makalede, araştırmacılar planaryaların göz yenilenmesi sırasındaki süreci açıkladılar. Gözlerin yenilenmesinde, öncül hücrelerin ne yapması gerektiği büyük bir uyum içinde çalışan üç ilke tarafından yönlendiriliyor:
• Ölçeklenebilir bir harita yaratan pozisyon verileri
• Öncül hücreleri varolan yapılara çeken öz-örgütlenme
• Tam yerinde değil, dağınık konumda oluşan öncül hücreler
Bu ilkeler, öncül hücrelerin izleyecekleri rota ilişkin kararlarında çok önemli bir rol oynar. Bu bulgular, sürecin sistem bazında anlaşılmasının yolunu açar.
Yeni çalışmanın önemi
Daha önceki çalışmalardan elde edilen bilgilere göre kök hücreleri komşu dokulardaki talimatları okuyarak yollarını buluyordu. Ancak yenileme sırasında ortaya aşılması güç zorluklar çıkıyordu.
MIT’den biyolog Peter Reddien yenilenme sürecindeki bu zorlukları şöyle açıklıyor: “Konum bilgileri, yenilenmesi gereken hasarlı parçaları belirlerken değişmek zorunda. Bu esneklik sayesinde öncül hücreler yitik parçaları onarmak için doğru yerde, doğru zamanda bulunma becerisine kavuşuyor. Ancak bu süreçte ortaya başka engeller çıkabiliyor. Bir kazadan sonra yenilenme sırasında konum bilgileri değişir. Konum şablonu ile geride kalan anatomik şablon arasında bir uyumsuzluk ortaya çıkar. Bu çalışmada yanıtını öğrenmek istediğimiz en önemli soru şuydu: Spesifik bir dokuyu onaracak olan kök hücreler, nereye gideceğine ve nasıl bir değişim geçireceğine nasıl karar veriyor? Bu kararlar anatomiye mi, yoksa konum bilgisine mi dayanıyor? Bu ikisi arasında bir uyumsuzluk varsa bu karar nasıl veriliyor?”
Yenilenmenin gizi çözülüyor
Reddien ve ekibi 10 yıldır yenilenmenin gizini çözmek için planarya adı verilen küçük bir yassı solucan türünden yararlandılar. Planaryanın kafası vücudundan ayrıldığında ve vücutlarından bir parça kesildiğinde her parça tüm organizmayı yeniden oluşturuyor. Öncül hücrelerin nereye gideceğine nasıl karar verdiğini anlamak için araştırmacılar planaryanın gözlerini kullandılar.
Bunun için araştırmacılar basit bir deney tasarladılar. Hayvanın kafasını vücudundan ayırdılar; üç gün sonra kesik kafadaki gözlerden birini çıkarttılar. Sonuçta öncül hücreler, doğru pozisyonda değil, geride kalan gözün tam yanında yeni bir göz oluşturdu. Daha sonra aynı deneyi farklı bir şekilde uyguladılar ve gözlerden birini kafayı uçurmadan önce çıkarttılar. Bu sefer sonuç farklıydı: Yeni göz anatomik olarak doğru yerde simetrik bir şekilde yeniden oluştu.
Karadelikler ile benzerlik
Makalenin başyazarı Kutay Deniz Atabay bu sonuçları şöyle değerlendiriyor: “Planaryalar üzerinde yürüttüğümüz bu deneylerde, yer değiştirmekte olan öncül hücreler eğer çekim alanına çok yakınlarsa, örneğin varolan göz gibi, kalan gözün çekim alanı öncül hücreleri kendi içine çeker. Aynen karadeliklerde olduğu gibi. Eğer çekim alanından uzaktaysalar kaçabilirler.”
Araştırmacılar aynı deneyi üç gözlü bir hayvan üzerinde yaptıkları zaman öncül hücreler geride kalan gözlerin çekim gücünden sıyrılmayı başardı ve beş gözlü bir hayvan ortaya çıktı. Bu deneylerin her birinde gözlerin hepsi işlevsel olarak beyne bağlanıyordu. Atabay, ilginç bir şekilde yeni anatomik yapının kalıcı olduğuna dikkat çekiyor: “Bu sonuçlar hayvanlardaki yenilenmenin temel sorunlarına yanıt oluşturuyor. Böylece göç eden öncül hücrelerin yollarını nasıl bulduklarını, organları nasıl yenilediklerini anlamış olduk” diyor.
Reddien ise sonuçları değerlendirmesi şöyle: “Bu çalışmalarda yenilenme sürecinde birbiri ile yarışan iki kuvvetin varolduğunu ortaya koyduk. Biri özörgütlenme, diğeri ise harici faktörler. Öncül hücreler nereye gideceklerini bu kuvvetlere göre belirliyorlar.”
Reyhan Oksay
*Planaryalar yassı solucanlar sınıfı, turbellaria takımına dahildir. Birkaç milimetreden, birkaç cm boya kadar olanlara akvaryumlarda rastlamak mümkündür. Kafa ve vücut yapıları türe göre değişir. Yüzme kabiliyetleri yoktur. Karın altlarında bulunan mikronik kirpikler bir nevi ayak işlevini yerine getirir. Sindirim sistemleri bildik yapıdan oldukça farklıdır.
Bu yazı HBT'nin 109. sayısında yayınlanmıştır.
