Doku ve organ yenileyebilme yeteneği (rejenerasyon) gezegendeki birçok farklı türde bulunuyor.
Fakat insanda rejenerasyon kapasitesi özellikle sinir sistemi için oldukça sınırlı.
Bu yeteneğe sahip farklı türlerin zarar gören ya da kaybedilen dokuları nasıl onarabildikleri, bu alanda çalışan araştırmacılar için derin bir merak konusu.
Massachusetts Institute of Technology (MIT), Whitehead Institute - Peter Reddien Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, planaryalarda (yassı solucanlar) yaralanma sonrasında, erişkin evrede, gözlerin tekrar beyin ile bağ kurmak için kullandığı bir grup kas hücresi keşfetti.
Aynı grup daha önce yenilenen doku ve organların kök hücreler tarafından nerede ve hangi şekilde oluşturulacağını nasıl belirlediğini açıklayabilen ve tahmin edebilen bir model geliştirmişti.
Haziran ayında Science dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada, Reddien Laboratuvarı'ndan bu çalışmayı tasarlayan ve yürüten Dr. Kutay Deniz Atabay ve Dr. Maria Lucila Scimone, planaryaların gözlerinde bulunan sinir hücrelerinden çıkan aksonların beyne giderken seçtiği yolların belirlenmesinde özelleşmiş bir grup kas hücresinin önemli bir fonksiyon üstlendiğini gösterdi.
Bu çalışmada, gözden çıkan ve sinirsel iletilerin beyne iletilmesinden sorumlu uzantıların (akson) yenilenmesinin nasıl gerçekleştiğini, yaralanma ve doku kaybı sonrası aksonların fonksiyonel bir görme devresini erişkin hayvanda tekrar nasıl kurabildiğini gösterdiler.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT)'nde doktora sonrası araştırmalarını sürdüren Dr. Kutay Deniz Atabay, "Planarya, doku ve organ yenilenmesi çalışmak için ideal bir model organizma. İlginç ve dinamik biyolojileri, farklı doku ve organ sistemlerinin birbirleriyle nasıl entegre olduğunu anlamaya çalışmak için çok uygun bir deneysel model sunuyor" dedi.
Son çalışmalarında, gözün ve gözden çıkan aksonların birbirlerinden ayrıldıkları noktaların hemen yakınında konumlanan bir grup kas hücresi gözlemlediklerini belirten Dr. Atabay, ardından bu kas hücrelerinin gözden çıkan sinir devrelerinin beyne fonksiyonel bir şekilde bağlanabilmesinden sorumlu olduğunu bulduklarını kaydetti.
Yeni araştırmalarında, sinir hücrelerinden çıkan aksonların beyne giderken seçtiği yolların nasıl belirlendiğini incelediklerini söyleyen Atabay, "Bu organizmada, gözleri ya da beyni zedeleyen yaralanma ya da cerrahi müdahale sonrası gözlerden çıkan ve beyne giden sinirler günler içerisinde doğru bir formda tekrar oluşabiliyor. Oldukça karmaşık bir mimariye sahip olan görsel devrelerin nasıl kendini ve bu şekli tekrar oluşturup, beyne entegre edebildiği sorusu uzun süredir ilgi alanımızdaydı" diye konuştu.
Rejenerasyon embriyonik gelişimdeki mekanizmaları mı kullanıyor? Erişkin görme devreleri kendini nasıl yeniliyor?
Dr. Atabay bu soruyla ilgili olarak, şu yanıtı verdi:
Bir planarya parçalara ayrıldığında her vücut parçası kendini yenileyerek yeni bir planarya oluşturuyor. Bu tip ekstrem yenilenebilme potansiyeli, planaryaların erişkin dönemde göz ve beyinlerini tamamen onarabilmesini ya da yenileyebilmesini de olanaklı kılıyor. Planaryaların bizdeki gibi simetrik iki gözü var. Her iki göz de beynin hem o gözün bulunduğu tarafına hem de karşı lobuna tıpkı insanlarda da olduğu gibi aksonlarını gönderiyor. Bir gözdeki fotoreseptör nöronlardan çıkan aksonlar önce aynı yöne, sonra bir noktada ayrılıp iki farklı yöne gidiyor ve beyindeki görme merkezlerine bağlanıyor. Diğer gözden çıkan aksonlar da aynı davranışı gösteriyor. Burada oluşan devrenin yön ve derinlik algısından da sorumlu olduğunu düşünüyoruz.
"Bu çalışmada bizim için beklenmedik bir sürpriz bu hücrelerin kas hücresi olmasıydı"
Gözden çıkan aksonların görmekten sorumlu devreyi kurabilmek için takip etmesi gereken spesifik bir yol olduğunu dile getiren Atabay, "Bu yol üzerinde birçok moleküler 'gürültü' var. Aksonun nereye gitmesi gerektiğini bulabilmesi için bir çeşit yönlendiriciye ihtiyacı var: Kılavuz hücreler. Omurgalı organizmalar da dahil olmak üzere birçok türde embriyonik gelişimde bu tip kılavuz hücrelerin sinir sisteminin oluşumunun erken evrelerinde belirip, aksonların hedeflerine ulaşmalarını sağladıktan sonra ya farklı tip hücrelere dönüştüğünü ya da yok olduklarını biliyoruz. Fakat erişkin dönemde bu dokunun rejenerasyonunun bu tip hücreler olmadan nasıl gerçekleştiği tam olarak anlaşılmış değildi" dedi.
"Bu noktada, potansiyel kılavuz hücrelerin sahip olmasını beklediğimiz bazı özellikler vardı" diyen Atabay, sözlerini şöyle sürdürdü:
Bu hücreler gözlerden ya da aksonlardan bağımsızca oluşabilmeli; aksonların davranışlarını lokal olarak etkileyebilmeli ve kılavuz hücrelerin yokluğunda oluşacak görme devresinde yapısal hatalar olmalı. Genellikle embriyonik gelişimde karşımıza çıkan kılavuz hücreler nöron ya da glia hücresi oluyor, fakat bu çalışmada bizim için beklenmedik bir sürpriz bu hücrelerin kas hücresi olmasıydı.
"Bu organizmada kas dokusunun dördüncü bir fonksiyonunu gözlemlemiş olduk"
Planaryada kas dokusunun birçok farklı fonksiyona sahip olduğuna dikkat çeken Atabay, "Pozisyon 'haritasını' oluşturan sistem, kas dokusunda ifadelenip buradan salgılanıyor. Bunun yanında kas, hücreler arası matriksi oluşturmaktan ve ayrıca hareketten sorumlu. Bu çalışmayla, bu organizmada kas dokusunun dördüncü bir fonksiyonunu gözlemlemiş olduk: Kılavuz kas hücreleri, gözden ya da gözlerden gelecek olan aksonların beyne yönelmeden önce tam olarak hangi kararı vermesi gerektiğini belirliyor" şeklinde konuştu.
"Kılavuz hücreler, aksonlarla etkileşim kurup aksonların tam olarak nereye gitmesi gerektiğini belirliyorlar"
"Embriyonik gelişim alanındaki önceki çalışmalardan, aksonlara kılavuzluk eden yapıların, o yoldan daha önce geçmiş olan başka aksonlar olabileceğini biliyorduk" diyen Dr. Atabay, sözlerine şöyle devam etti:
Yani beyne doğru yönelmiş bir akson, takip etmesi gereken yolun ne olması gerektiği ile ilgili bilgiyi o yoldan daha önce geçmiş başka bir aksondan alabilir. Fakat bu yoldan ilk geçmiş aksonun gideceği yere doğru yönelebilmesi için bu tip bir kılavuz hücreye uğramış olmasını ve bu yönelim ile ilgili bir 'karar' almış olmasını bekliyoruz. Rejenerasyonda karşımıza çıkan problem gelişimden tamamen farklı. Burada zarar gören devreler kendini yenileyip, daha önceden oluşmuş erişkin yapılara entegre olmalı ve fonksiyon görebilmeli.
Aynı zamanda, gelişim evresinde gördükleri, yeni oluşan dokular içinde yayılma kapasitesine sahip ve hücreleri yönlendiren molekülleri erişkin evrede görmediklerini aktaran Atabay, "Fakat bu durum planaryalarda farklı işliyor: Bu moleküller planaryada sürekli üretim halinde. Bu sistem planaryada erişkin dönemde de rejenerasyonu da mümkün kılabilen organizmanın dinamik koordinat haritasının oluşmasına katkıda bulunuyor. Bunu bir çeşit GPS sistemi gibi düşünebiliriz. Kılavuz hücrelerin konumlarının da bu 'haritanın' yardımıyla belirlendiğini gözlemledik" ifadelerini kullandı.
Atabay, "Eğer sistem kendini yenileyebilecekse, bu hücrelerin sürekli orada olması gerekiyor. Beynin, gözlerin ve bu hücrelerin de kaybına yol açacak bir yaralanma olursa, bu hücrelerin gözlerden çıkan aksonları yönlendirebilmek için tekrar oluşması gerek. Bu noktada hem gözleri hem kılavuz hücreleri oluşturacak kök hücrelerin sistemde bulunması hem de koordinat haritasının kılavuz hücreleri konumlandırması rejenerasyonu mümkün kılan etmenler" dedi.
Planaryaların pluripotent (kendini ve başka her hücre tipini de üretebilen) kök hücreleri (neoblast) sayesinde vücutlarındaki bütün doku ve organ sistemlerini sürekli üretme halinde olduğunu söyleyen Atabay, şunları söyledi:
Buna gözler ve beyin de dahil. Gözleri üretecek öncül (progenitor) hücrelerin gözlerin uzağında doğup gözlerin bulunduğu konuma doğru göç edip, gözün yapısına dahil olduklarını ve gözlerin bu hücreler için bir 'çeker' gibi davrandığını daha önceki çalışmamızda göstermiştik. Bu hipotezi sınamak için bir göz transplantasyonu metodu geliştirmeyi başarmıştık. Dinamik yapıları sayesinde, planaryalara göz transplantasyonu yaptığınızda transplante edilen gözlerden çıkan aksonlar günler içinde yollarını bulup beyne bağlanabiliyor. Bu yeni çalışmada da daha önce geliştirdiğimiz göz transplantasyonu metodundan faydalanarak hipotezlerimizden bazılarını test etme fırsatı bulduk.
Bu hücrelerin oluşumundan sorumlu faktörler neler? Aksonların bu hücrelerle etkileşim kurduğunu nasıl gösterdiniz?
Basit bir genetik metotla (RNA interferans) göze gidecek olan progenitörlerin üretimini durdurabilmenin mümkün olduğunu söyleyen Atabay, "Bu yolla, cerrahi müdahale olmadan gözleri olmayan planaryalar oluşturabiliyoruz. Gözsüz planaryalarda, kılavuz hücrelerine baktığımızda tam olarak aynı noktalarda konumlandıklarını gördük. Bu şartlar altındaki bir planaryaya göz transplantasyonu yapabilme şansımız var. Gözleri olmayan bir planaryada yeni bir gözü normalde olduğu yere transplante edersek, bu göz canlıda normal bir gözün kuracağı bağlantıları kuruyor ve hem beynin transplante edilmiş bölgesine hem de karşı lobuna aksonlarını gönderip görme devresinin bir parçasını oluşturabiliyor" şeklinde konuştu.
Atabay, "Transplantasyon deneyleri, sadece bir gözden çıkan aksonların, kılavuz hücreleriyle nasıl etkileşim kuracağını görmemiz açısından önemliydi. Bu aşamada transplante ettiğimiz gözden çıkan aksonların kılavuz hücrelerle yakın bir mesafe üzerinden etkileşim kurduktan sonra beyine gidecekleri yolu bulduklarını gördük. Buradaki mesafe, aksonlar ve kılavuz hücreler arasında bir moleküler etkileşim olduğuna ve hücrenin aksonları kendine çekebilecek bir faktör salgıladığına işaret ediyor olabilir" dedi.
"Bu hücreyi kılavuz hücre yapan programdan sorumlu olan bir transkripsiyon faktörünü sentezleyen bir gen bulduk"
Bu hücreleri belirleyen genetik faktörleri bulabilmek için göz ve çevresindeki bütün dokuyu alıp, oradaki bütün hücrelerin gen ifade profillerini ayrı ayrı analiz ettiklerini anlatan Dr. Atabay, "Bir planaryada kılavuz hücrelerin sayısı oldukça az yani 10-20 kadar. Bu deneyde, analiz ettiğimiz hücreler arasında sadece birkaç tane kılavuz hücre yakalamayı başardık. Onların içerisinde açık olan genlere baktığımızda bu hücreyi kılavuz hücre yapan programdan sorumlu olan bir transkripsiyon faktörünü sentezleyen bir gen bulduk. Bu faktörü genetik bir manipülasyonla kapattığımız zaman kılavuz hücrelerin yok olduklarını gördük" diye konuştu.
"Peki, kılavuz hücreler orada olmadığında sistem nasıl rejenere oluyor?" sorusunu ise Dr. Atabay, şöyle yanıtladı:
Bu şartlarda gözlerden çıkan sinir devresinin karmakarışık olduğunu görüyoruz. Kılavuz hücrelerin yokluğunda gözden çıkan aksonlar beynin iki farklı noktasına ulaşmaya çalışırken, gitmeleri gereken yolu bulamıyor ve tamamen farklı ve kaotik bir yol oluşturuyorlar. Bu devrenin ne kadar fonksiyonel olduğunu henüz bilmiyoruz ama devrenin bu karışık şekline bakılırsa, böyle bir durumun bu canlı için bir "kafa karışıklığına" yol açma olasılığı yüksek.
"Kliniğe yönelik rejeneratif çalışmalar ağırlıklı olarak model organizmalar üzerinden ilerliyor"
"Daha önceki çalışmamıza konu olan, matematik ve fizik alanlarının da üzerinde durduğu, kendi kendine organizasyon kavramına bağlı olarak ortaya attığımız model ve bu son çalışmadaki kılavuz hücreler bulgusu gelecekte bir gün klinik anlamda yeni sonuçlar doğuracak çalışmalara kaynaklık edebilir" diyen Dr. Atabay, şu noktaya dikkat çekti:
Henüz, sinir sistemine kök hücre transplantasyonuna yönelik çalışmalar da dahil olmak üzere, kliniğe yönelik çalışmalar ağırlıklı olarak model organizmalar üzerinden ilerliyor. Bu tip olguları, rejenerasyon yeteneğine sahip farklı türlerde de incelememiz önemli. Temel bilime verilen önem ve destek artıkça, buna bağlı olarak insan hayatını olumlu anlamda değiştirebilecek klinik başarıların sıklığı da artacak. Temel olarak özellikle sinir sisteminin onarımında sadece kaybedilen hücrelerin ve aksonların değil, aynı zamanda bu aksonların kaybedilen devreyi oluşturmasından sorumlu yapıların da yenilenmesinin önemli olabileceğini görüyoruz. Birçok soru hala sorulmayı bekliyor ve bilmediğimiz çok şey var.
Buna benzer başka kılavuz hücreler sinir sisteminin birçok farklı yerinde farklı devrelerin kurulmasından ve rejenerasyondan sorumlu olabileceğini söyleyen Atabay, "Bu tip sorulara cevap verebilmek ve yeni sorular sorabilmek için, genel anlamda attığımız adımlara yön veren şey, temel bilimin ilerlemesinin de merkezinde yer alan gerekçelendirilmemiş bir merak dürtüsü olmalı. İnsanlığın bilimsel ve felsefi yoluculuğuna kılavuzluk edecek şeylerden biri de bu merak dürtüsü" dedi.
© The Independentturkish