Mekanik Bir Kararsızlık Sonucu Hücre Çıkartılması
Kanazawa Üniversitesi araştırmacıları, Biyofizik Dergisi’nde bir epitel katmanından hücre ekstrüzyonu (çıkartma) sürecinin doğal bir mekanik kararsızlığın sonucu olduğunu söylüyorlar. Buna ek olarak, bir ekstrüzyona (çıkartma işlemi) uğrayan hücre tarafından üretilen kuvvetler, diğer hücrelerin ekstrüzyonunu belirli bir doğrultuya yönlendirebilmektedir.
İnsan vücudundaki organların iç veya dış sınırları, epitel tabaka denen bir yapı tarafından kaplanmıştır. Bunlar, 3D şekillerini bireysel olarak değiştirebilen epitel hücrelerinden katmanlardır. Şekil değişimi, organ gelişimi (morfogenez), fizyolojik denge (homeostazi) veya kanser oluşumu (karsinogenez) gibi biyolojik süreçler boyunca meydana gelir. Özellikle, ilgi uyandıran kısım ise tek bir hücrenin, en üst veya en alt yüzeyini kaybettiği ve sonrasında da katmandan atıldığı hücre ekstrüzyonu işlemidir. Bu olguyu mekanik anlamlı bir görüş ile tamamen anlamak yetersizdi fakat şimdi, Kanzama Üniversitesi’nden Satoru Okuda ve Koichi Fujimoto, hücre ekstrüzyonunun sadece mekanik bir nedeni olduğunu keşfettiler.
Mekanik açıdan konuşacak olursak, tek bir epitel tabaka (tek katmanlı) köpüğü andırmaktadır ve birbiri ile bağlantı halindeki bir polihedranın (çok yüzlü cisim) katmanı ile tarif edilebilir.
Okuda ve Fujimoto, her hücresi ortalama olarak V hacminde olan çok yüzlü bir cisim ile epitelyal (epitel) hücrelerin tek tabakasını tanımlamak için bir köpük modeli kullandılar. Her hücre komşu hücrelerin n sayısı, apikal (üst) alanı ve bazal (alt) alanı ile daha farlı karakterize edilir. Model, komşu hücreler arasındaki mekan ile kuvvetleri hesaba katarak, düzlem içi yoğunluk ve bazal veya apikal yüzeylerin mevcut olup olmadığı durumları ayırt edebilen yapıda olan ve adına keskinlik denen bir nicelik ile birlikte V ve n değerlerinin de dahil olduğu sadece birkaç parametrenin (değişkenin) fonksiyonu olarak, bir epitel tabakasının toplam mekanik enerjisi için bir formül oluşmasına neden olur. (Yok olan apital bir yüzey bazal ekstrüsyon anlamına gelir ve bunun tersi de geçerlidir.)
Araştırmacılar, bu birkaç veriyi (parametreyi) değiştirdikten sonra enerjinin nasıl değiştiği üzerinde çalışarak epitelyal bir tabakanın mekaniğinin iç yüzünü anlamak konusunda değerli bilgiler elde edebildiler.
Okuda ve Fujimoto’nun temel bulgusu, sistemin doğal bir mekanik kararsızlık sergilemesidir. Hücre yapısındaki veya yoğunluğundaki küçük değişiklikler, ilave kuvvetler uygulanmadan hücre ekstrüzyonuna sebep olabilir. Ayrıca bu, ekstrüzyona maruz kalan bir hücrenin, katman içinde diğer hücrelerle ekstrüzyonunu tabakanın her iki tarafına da yönlendirebilen kuvvetler ürettiğini belirlemiştir.
Bilim insanları ayrıca, gözlemlenen canlı sistemler ve modellerin sonuçları arasında farklı epitelyal geometrilerin oluşması (örneğin; “rozet” ya da yalancı çok katlı yapılar) gibi pek çok çalışma buldular.
Model gerçekte sınırlamalara sahiptir. Mesela farz edelim ki tüm tabakanın ve bireysel hücrelerin yüzeyleri eğilimli değil de düzdür. Her halükarda araştırmacılara göre sınırlamalar olduğu halde model morfogenez, homeostazi ve karsinogenezde meydana gelen çok çeşitli yapılardaki epitelyal fizyolojisinin anlaşılmasında bir rehber sağlamaktadır.
Epitelyal Hücreler
Epitelyal dokular, 4 çeşit insan (veya hayvan) dokusundan biri, insan vücudundaki organların ve kan damarlarının dış yüzeylerinde ve de boşluklu yapıda olan çeşitli iç organların iç yüzeylerinde bulunur. Tipik bir örnek olarak derinin epidermis denen dış katmanı verilebilir. Epitelyal hücrelerden oluşan epitel doku, ya tek sıralı bir tabaka oluşturacak şekilde dizilmiş epitel hücrelerden (basit epitel) ya da iki veya daha fazla katlı hücre tabakası yapısında (tabakalı veya çok katmanlı epitel) olabilir. Kanazawa Üniversitesi’nden Satoru Okuda ve Koichi Fujimoto şu an, mekanik özellikleri ve özellikle de epitelyal hücre ekstrüzyonunun sürecini incelenmek amacıyla basit bir epitelyumu (epitali) çok yüzlü bir cisim düzenlemesi olarak modellediler.
Hücre Ekstrüzyonu (Çıkartılması)
Epitelyal dokularda, hücre ekstrüzyonları olur. Bu süreçler sayesinde epitelyal hücreler epitelyumdan “dışarı itilir”. Hücre ekstrüzyonu apoptotik (ölü) hücrelerin çıkarılması, doku büyümesi ve kanser yanıtı gibi işlemleri düzenleyen önemli bir biyolojik süreçtir. Okuda ve Fujimoto basit bir epitelyumu mekanik bir anlamda gözlemlediler. Epitelyumları birbirleri ile bağlantılı çok yüzlü bir cisimden tabaka modelleyerek, bu model vasıtasıyla çok yüzlü yapının en üst veya en alt yüzeyinin bir noktaya doğru büzüldüğü ve sonrasında da kaybolduğu hücre ekstrüzyonunun tamamen mekanik bir özellik olarak kabul edilebileceğini buldular. Homojen tabakalarda bulunan doğal bir kararsızlık, yoğunluk veya topolojideki (ağ yapısındaki) küçük değişiklikler nedeniyle hücrelerin çıkarılmasına yol açabilmektedir.
Editör: Hazal Kalsın DEMİR