Kök hücreler işlevsel olarak farklılaşmamış, yani vücudun herhangi bir organ ya da dokusunda özel bir görev yapabilmek için tam olarak olgunlaşmamış, sınırsız bölünebilme ve kendini yenileme yeteneğine sahip hücrelerdir. Kök hücreler, organizmanın yaşamı süresince kendini yenileme özellikleri ile varlıklarını sürdürürler. Kendini yenileme bir hücrenin farklılaşmaksızın çoğalabilmesini ifade eder. Buna ek olarak, kök hücreler farklılaşma özellikleri ile de gerektiğinde organ ve dokuya özgü hücrelere dönüşebilmektedir.
Kısa bir tanımla; kök hücreler, kendilerini yenileme ve farklılaşmış hücreler oluşturabilme yeteneğine sahip hücrelerdir. Bu sayede embriyonun gelişim sürecinden, yetişkinlerde dokuların onarılmasına kadar çeşitli görevleri yerine getirebilmektedir. Bunu şu özellikleri ile sağlarlar:
- Uzun zaman dilimleri boyunca bölünebilme ve kendilerini yenileme yeteneğine sahiptirler.
- Telomer uzunluklarını korurlar.
- Özelleşmemişlerdir.
- Özelleşmiş hücrelere dönüşebilme yeteneğine sahiptirler (farklılaşma).
1) Kök hücreler uzun zaman dilimleri boyunca bölünebilme ve kendilerini yenileme yeteneğine sahiptirler.
Kök hücreler çok sayıda bölünebilir ve çoğalabilirler. Kültüre alınan çoğu somatik hücre tipi, belirli sayıda bölünmeden sonra (80’den az) çoğalmasını durdurur veya yaşlanmaya gider. Buna karşın kök hücreler onkojenik bir dönüşüm geçirmeden çok daha fazla sayıda bölünme gerçekleştirebilmektedir (Melton ve Cowan, 2009). Laboratuvar şartlarında aylar boyunca çoğalabilen kök hücre populasyonunda, milyonlarca hücre ortaya çıkabilir. Eğer, sonuçta ortaya çıkan hücreler de ebeveyn kök hücreleri gibi özelleşmemişse, bu hücreler uzun dönemde kendilerini yenileme kapasitesine sahiptir.
2) Kök hücrelerde telomer uzunluğu korunur.
Hücrelerin bölünme kapasitesini, bir bakıma yaşam süresini belirleyen faktörlerden biri doğrusal kromozomların ucunda yer alan, telomer adlı DNA zincirleridir. Telomerler doğrusal komozomların uçlarıdır ve binlerce kez tekrarlanan kısa DNA tekrar zincirleri içerirler. Telomerler, kromozom uçlarının parçalanmasını ve dağılmasını ya da diğer kromozomlarla kaynaşmasını engelleyerek kromozomların yapısal bütünlüğünün korunmasını sağlar. Telomerik DNA, her bir çoğalma döngüsü esnasında bir miktar kısalır. Bu kayıp telomeraz enzimi tarafından karşılanır. Somatik hücrelerin çoğunda telomeraz etkin değildir ve bundan dolayı her hücre bölünmesi sonucu kromozomların telomerleri kısalır. Diğer yandan, insan germ, tümör ve embriyonik kök hücre serilerinde telomeraz etkinliği bulunmuştur. Mezenkimal kök hücrelerde, telomerleri sabit bir uzunlukta tutmaya yetecek seviyelerde telomeraz üretimi olmaktadır. Ancak hematopoetik kök hücrelerdeki telomeraz seviyeleri, telomer uzunluğunu korumaya yetmemektedir.
3)Kök hücreler özelleşmemişlerdir.
Kök hücreler, özelleşmiş işlevleri yerine getirebilecek, herhangi bir dokuya özgün yapıya sahip değillerdir. Bir kök hücre, bir kalp kasında olduğu gibi kanı vücuda pompalamak için komşularıyla beraber çalışamaz, kırmızı kan hücreleri gibi oksijeni dokulara taşıyamaz veya sinir hücreleri gibi doku ve organlara gerekli olan elektrokimyasal sinyalleri iletemez. Fakat özelleşmemiş kök hücreler kalp kası hücreleri, kan hücreleri veya sinir hücreleri gibi özelleşmiş hücrelere kaynaklık edebilirler. Kök hücrelerin özelleşmeden kalmalarını sağlayan sinyaller vardır.
4)Kök hücreler özelleşmiş hücrelere dönüşebilme yeteneğine sahiptirler.
Özelleşmemiş hücrelerin özelleşmiş hücrelere kaynaklık etmesine farklılaşma denir. Farklılaşma ‘potensi’ terimi ile ifade edilir. Kök hücreler, en yüksek farklılaşma potansiyeline sahip hücreden en azına doğru totipotent, pluripotent, multipotent ve unipotent olarak adlandırılır.
Kök Hücre Tipleri
Kök hücreler sınıflandırılırken farklı yöntemler kullanılır. Kök hücrelerde kullanılan sınıflama yöntemlerinden biri gelişim ve farklılaşma potansiyellerine göre sınıflamadır. Bu sisteme göre kök hücreler, en yüksek farklılaşma potansiyeline sahip hücreden en azına doğru totipotent, pluripotent, multipotent ve unipotent olarak adlandırılır. Bu sınıflandırma zaman zaman daha da genişletilerek, multipotent ile unipotent kök hücrelerin arasında oligopotent, quadripotent, tripotent ve bipotent kök hücre tipleri de eklenebilmektedir. Bu tanımlamalar aslında kök hücrelerin birbirini takip eden geçiş dönemlerini ifade eder.
Totipotent kök hücreler: Sınırsız farklılaşma ve farklı yönlere gidebilme özelliğinde olan hücrelerdir. Yetişkin vücudundaki tüm hücre tiplerine ek olarak plasentayı oluşturan hücrelere de farklılaşabilen kök hücre tipidir. İlk blastomerler totipotent hücre karakterlidir.
Pluripotent kök hücreler: Yetişkin vücudundaki tüm hücre tiplerine farklılaşabilen ancak plasentayı oluşturan hücrelere farklılaşamayan kök hücre tipidir.
Multipotent kök hücreler: Vücuttaki hücre tiplerinden bazılarını oluşturma potansiyeline sahip ancak farklılaşma potansiyeli pluripotent hücrelerden daha düşük karakterde hücrelerdir. Multipotent hücrelere örnek olarak, mezenkimal kök hücreler ve hematopoetik kök hücreler verilebilir.
Oligopotent kök hücreler birkaç farklı hücre tipini, bipotent kök hücreler iki farklı hücre tipini, unipotent kök hücreler ise tek bir hücre tipini oluşturabilme kapasitesine sahip hücrelerdir.
Kök hücrelere ait bir diğer sınıflandırma elde edildikleri kaynağa göre yapılır. Kök hücreler iki farklı kaynaktan elde edilirler: Embriyonik gelişim sürecinin erken dönemlerinde blastokistin iç hücre kitlesinden elde edilen embriyonik kök hücreler (EKH) ve embriyonik olmayan kaynaklardan elde edilen kök hücreler (Embriyonik olmayan kök hücreler, yetişkin kök hücreler, dokuya özgü kök hücreler, doğum sonrası dönemdeki kök hücreler). EKH’lerin karakteristik özellikleri; kendilerini yenileme, normal karyotipe sahip olma, tek hücreden koloni oluşturabilme, uygun in vitro ortamda çok iyi çoğalabilme ve en önemlisi farklı germ tabakalarından (endoderm, ektoderm, mezoderm) gelişen hücrelere in vitro ve in vivo ortamda farklılaşabilmeleridir. Sıralanan özellikleri ile EKH’ler aynı zamanda pluripotent karakterde kök hücreler olarak kabul edilmektedirler. İnsan EKH’leri, gelişimin erken dönemlerinde bulunan blastokistin iç hücre kitlesinden elde edilirler. İnsan EKH’lerini elde etmek için en uygun aşama 5. gün blastokistlerindeki iç hücre kitlesidir (Sathananthan ve Osianlis 2010). Bununla birlikte, insan embriyolarının kullanımında etik zorluklar ve transplantasyon sonrası hastalarda doku reddi sorunu vardır. Bu zorlukları aşmanın bir yolu, doğrudan insanın kendi hücrelerinden pluripotent hücrelerin üretilmesidir (Takahashi ve Yamanaka, 2006).
Yetişkin kök hücrelerin sahip olduğu özellikler EKH’lere göre daha sınırlı olup, kendini yenileme ve farklılaşmış hücreler oluşturabilme özelliklerine sahip olmaları temel karakteristikleri olarak belirtilmektedir (Melton ve Cowan, 2009). Farklılaşma yetenekleri EKH’lere göre daha sınırlı olan yetişkin kök hücreler, multipotentten unipotente kadar değişen farklılaşma potansiyellerine sahip olabilir. Yetişkin kök hücreler sadece yetişkin bireylerde bulunan kök hücreler olmayıp embriyonal gelişimin belirli aşamalarından itibaren görülen hücreleri de kapsamaktadır. Yetişkin kök hücrelerine örnek olarak hematopoetik kök hücreler, mezenkimal kök hücreler verilebilir. Hematopetik kök hücreler kemik iliğinde bulunan, kendilerini sürekli yenileyerek kanda bulunan hücre tiplerini oluşturan hücrelerdir. Kemik iliği, dolaşan kan ve kordon kanı temel kaynaklarıdır. Mezenkimal kök hücreler ise başlıca kemik iliği ve yağ doku olmak üzere diğer dokulardan da elde edilebilirler. Mezenkimal kök hücreler sahip oldukları farklılaşma yeteneği ile kemik, yağ, kıkırdak, iskelet kası, sinir ve kas hücrelerine farklılaşabilmektedirler. Bunların yanı sıra, bulunduğu dokuya ait hücreleri oluşturmak üzere özelleşmiş, o dokuya özel kök hücreler de bulunmaktadır (Ör: Sinir kök hücresi, kas kök hücresi).
KAYNAKLAR
Eleanor Lawrence. Henderson’s Dictionary of Biology.2013.
Karaöz E. Temel Kök Hücre Teknikleri ve Moleküler Biyoloji Uygulama Kursu KÖGEM. 2010;1-10.
Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.024. 2006.
Melton DA, and Cowan C. “Stemness”: Definitions, Criteria and Standards. In: Essentials of Stem Cell Biology. Lanza R, Gaerhart J, Hogan B, Melton D, Thomson J, Wilmut I. Eds. 2nd ed. – San Diego (USA); Burlington (USA); London (UK): Academic Press, 2009. p. 23-29.
Sathananthan AH and Osianlis T. Human Embryo Culture and Assessment for Derivation of Human Embryonic Stem Cells (ESC). In: Human Embryonic Stem Cell Protocols, Methods in Molecular Biology 584. Turksen Kursad Ed. 2nd Ed. New York (USA): Humana Press, 2010. p. 1-3.
Slack, J.M.W. Essential Developmental Biology. Wiley-Blackwell, Oxford. 2013.