NIH — 20 Haziran 2016 — scienmag.com
En erken omurgalı atalarımızın retinalarında koni gibi fotoreseptörler vardı, ve muhtemelen bunlar gün ışığında görmelerini sağlıyordu, fakat geceleyin görme yetenekleri çok azdı. Sonra, milyonlarca yıl önce, Mesozoik çağda, ve nispeten kısa bir süre içinde, retinasında baskın olarak çubuk fotoreseptörler taşıyan memeliler ortaya çıktı, böylece geceleyin görebiliyorlardı, bu belki onları avlayan dinozorlar uyuklarken avlanıp beslenmelerini sağlıyordu. Ulusal Göz Enstitüsü araştırmacılarının yürüttükleri yeni çalışma, çubuk fotoreseptörlerin türemesiyle gececil memelilerin nasıl ortaya çıktığını anlatıyor.
Buluşlar evrim bulmacasındaki anahtar bir parçayla ilgili: Erken memeliler nasıl bu kadar çabuk evrimleşip yüksek duyarlıklı gece görüşü kazandı? Ayrıca kuram, memelileri “gececil darboğaz”dan [“nocturnal bottleneck”] aştıran evrimin nasıl olduğunu da anlatıyor, bugünkü çoğu memelinin neden gececil olmasa bile loş ışıkta görebilir olduğunu açıklamayı deniyor. Anlaşılıyor ki, geceleyin iyi görmek atalarımızın hayatta kalmasını sağlamakla kalmamış, onların serpilmesini de sağlamış, öyle çok sağlamış ki retinalarındaki bu nitelikler iyice korunmuş ve milyonlarca yıl süren evrimle aktarılmış.
Çalışmadaki buluşlar başka bir gizemle de ilgili: Neden çubuklar retinamızdaki baskın fotoreseptörlerdir? “Keskin, akut görüş günsel [diurnal] yaşam tarzımızda daha önemli gibi görünmesine rağmen, retinamız baskın halde çubuklardan oluşur; koniler retinadaki fotoreseptörlerin sadece yüzde 5’idir,” dedi Swaroop. Ortaklaşa çalışmanın baş araştırmacısı, Anand Swaroop, Ph.D., NEI Nörobiyoloji-Nörobozulma ve Onarım Laboratuvarı şefi. “Elimizdeki en basit açıklamaya göre çoğu memelide bulunan bu çubuk fazlası, gececil darboğazın aşılması için, konilerden ‘işe alınmıştı’ [recruit].”
Swaroop ve ekibi, fareleri çalışarak, belli tipte bir koni hücresinin doğumdan hemen sonraki günlerde çubuk fotoreseptörüne dönüşmeye ikna edilebildiğini gözlemledi. Hipotezlerine göre koniden çubuk hücresine olan bu dönüşüm Nrl denen bir proteinle regüle edilmektedir. DNA’ya bağlanan Nrl, koni hücresine dönmeye yazgılı bir retina hücresini, koni olmayıp çubuk olmaya yöneltir. Ekip, farelere Nrl kaybettirecek besin verildiğinde, retinalarında çubuk geliştirmeyi başaramadıklarını uzundur gözlemlemişti.
Bu çalışmada, çubuk hücrelerini normal yaban-tipi [wild-type] farelerden yalıtarak ve bu farelerde dışavurulan genleri dizerek kuramlarını test ettiler. Genetik bakımdan çubuk hücrelerinde koni geni dışavurumu tespit edildi, ama çubuk hücresi olgunlaştıktan itibaren koni genlerindeki bu dışavurum azalıyor. “Koni hücresi genlerinin böyle dışavurulması, çubuk hücrelerinin koni hücrelerinden kaynaklanmış olabileceğini belirten bir tür ayakizidir,” diye açıkladı Swaroop. Fare retinasının doğumdan itibaren gelişimindeki anahtar aşamalara dair çalışmalar, erken gelişmede koni genlerinin dışavurulduğunu, fakat Nrl hücreyi çubuk olmaya yönlendirdikten itibaren bu dışavurumun söndüğünü belirten kendi kuramlarını destekledi.
Çubuk ve koni hücrelerinin fare retinasındaki soyağaçları izlenerek ek kanıtlar üretildi. Araştırmacıların yavru fare retinasında konilerle ilgili proteinlere kalıcı işaretler bırakmasını sağlayan transgenik fare soyları yetiştirildi. Bu hücreler doğumdan itibaren takip edilebildi, böylece araştırmacılar farede çubukların çoğunda gelişim boyunca koni hücresi faaliyeti olduğunu doğrulayabildiler.
Sonra araştırmacılar geniş bir omurgalı örneklemini (ornitorenkten keseli ve plasentalı memelilere kadar) ele aldılar ve Nrl geni etrafındaki genomik dizilişleri kıyasladılar. Nrl bölgesindeki kodlamanın farklı türler arasında büyük ölçüde korunduğunu buldular, bu da Nrl dizisinin evrim boyunca iyi korunduğunu belirtir – yani hayatta kalmak için taşıdığı önemin bir işaretidir. Veriler gösteriyor ki Nrl’nin ilk dışavurumu çeneli omurgalılardan kaynaklanmış, bu da çubukların retinada baskınlaştığı dönemle hemen hemen aynı zamanlarda olmuş.
İlginçtir, zebrabalığı retinasındaki çubukların soyağacı takibinde benzer koni faaliyeti örüntüleri bulunmamış. “Bu önemli,” dedi Swaroop “çünkü zebrabalıklarının, koni zengini retinalarıyla, omurgalıların evrimsel tarihinden dallanması, memelilerden daha erken dönemde olmuştur.” Zebrabalığı çubuklarında koni soyağacı bulunmaması, koni hücreleri pahasına çubukların baskınlaşmasının memelilere özgü bir gelişimsel yenilikten kaynaklandığını gösteriyor. Zebrabalığındaki çubuklar farklı bir mekanizmayla ortaya çıkmış olabilir, dedi.
Böyle buluşların, retina hücrelerinin bozulmasına sebep olan retinitis pigmentosa gibi hastalıklar taşıyan insanlarda görmenin onarılması için retina hücrelerini tazeleme [regeneration] çabalarına yararı olabilir. “Balık retinasında koniler baskındır ve yaralandıklarında retinalarını tazeleyebilirler. Yani eğer insan retinasını nasıl tazeleyeceğimizi anlamak istiyorsak, balıklarda ne olduğunu anlamamız gerekli. Fotoreseptörlerin evrimini anlamak da bunun önemli bir parçası,” dedi.
###
Çalışma kısmen NEI’nin dört duvar arası [intramural] araştırma programıyla desteklendi.
Doktor Swaroop’la görüntülü görüşme izlemek için ziyaret ediniz: https://youtu.be/1mzL6yTb-l8
Atıf:
Kim, Yang, and Oel et al. “Recruitment of Rod Photoreceptors from Short Wavelength Sensitive Cones During the Evolution of Nocturnal Vision in Mammals.” [Memelilerde Gececil Görmenin Evriminde Çubuk Fotoreseptörlerinin Kısa Dalgaboyuna Duyarlı Konilerden İşe Alınması] Developmental Cell [Gelişimsel Hücre], published online June 20, 2016. http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(16)30336-7/ http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2016.05.023
NEI görsel sistem ve göz hastalıklarına dair federal hükümet araştırmasını yönetir. NEI görüş kurtarıcı tedaviler geliştirmekle sonuçlanan temel ve klinik bilim programlarını destekler. Daha çok bilgi için ziyaret ediniz: http://www.nei.nih.gov.
Ulusal Sağlık Enstitüleri Hakkında (NIH): Ulusun tıbbi araştırma ajansı NIH, 27 Enstitü ve Merkeziyle, B.D. Sağlık ve İnsan Hizmetleri Bakanlığının bir bileşenidir. NIH temel, klinik ve çevirisel tıbbi araştırma icra edip destekleyen öncelikli federal ajanstır. Hem yaygın hem ender hastalıkların sebeplerini, tedavilerini, çarelerini araştırır. NIH ve programlarına dair daha çok bilgi için ziyaret ediniz: http://www.nih.gov.
NIH … Keşfi Sağlığa Çevirir ®
Medya İrtibat
Kathryn DeMott
email@example.com
301-496-5248
@nateyeinstitute