İlk Hücrelerimiz Vücudumuzun Hangi Bölümlerini İnşa Edeceğini Nasıl Biliyor?
Döllenmiş tek bir yumurta, birkaç gün içinde bir şekilde deri, beyin ve kan hücreleri oluşturmayı başarır. Peki bu ilk hücreler vücudun hangi kısımlarını oluşturacaklarını nasıl bilir? Bazı hücreler nasıl böbrek oluşturmayı bilirken diğer hücreler hemen deri oluşturmaya nasıl başlar?
Gelişim biyologları bu bulmacayı çözmek için bir asırdan fazla süredir uğraşıyor, ancak birçok soy haritası hâlâ bitmemiş taslaklar gibi görünüyor.
Avustralyalı bir ekip, fare embriyosundaki her hücreyi benzersiz bir DNA etiketiyle etiketleyen ve dokular oluşurken torunlarını takip eden LoxCode adlı bir izleme aracının geliştirildiğini duyurdu.
Dr. Tom Weber, “Bu, temel sürecin içine benzeri görülmemiş bir ayrıntıyla bakmamızı sağlayan izlenebilir bir barkod yaratıyor” dedi.
LoxCode her hücreyi başlangıçtan itibaren izliyor
LoxCode, kısa DNA kasetlerini karıştırmak için Cre rekombinasyon enzimine güveniyor ve tek bir adımda 30 milyardan fazla olası barkod üretiyor.
Embriyo büyüdükçe her etiket sadık bir şekilde kopyalanıyor, bu sayede bilim insanları daha sonra basit dizileme yoluyla aile ağaçlarını yeniden oluşturabiliyorlar.
Pilot testlerde ekip, epiblast hala ilk germ katmanlarını düzenlerken , gebeliğin 5.5. gününde barkod kasetini enjekte etti . Bir hafta sonra fetüsleri kurtardılar ve etiketleri toplu dokuda ve tek hücre çözünürlüğünde okudular.
“Bu bize kader önyargısının ders kitaplarının önerdiğinden çok daha erken ortaya çıktığını gösteriyor,” diye açıkladı Prof. Shalin Naik . Bazı klonlar embriyonun her köşesine ulaşırken, diğerleri ektoderm, kan veya uzuv tomurcuklarına yapıştı.
Araştırmacılar barkod verilerini bir ajan tabanlı modele besleyerek sol ve sağ böbrek öncülleri gibi gizli asimetrileri tahmin ettiler ve ardından bunları deneysel olarak doğruladılar.
Bu tür hesaplamalı çapraz kontroller, etiketlerin gerçekten biyolojiyi kaydettiği ve dizileme gürültüsünü kaydetmediği yönündeki güveni güçlendirir.
LoxCode milyarlarca etiketi nasıl yazıyor?
Daha önceki soy izleme sistemleri, hücrelere zarar verebilen veya ince dalları kaçırabilen virüslere veya CRISPR kesimlerine dayanıyordu. Bir CRISPR kayıt cihazı, tüm zebra balığında yalnızca birkaç yüz benzersiz düzenlemeyi yakalayarak çözünürlüğü sınırladı.
LoxCode , Cre rekombinasyon adı verilen bir enzimin bunları birçok farklı şekilde karıştırabilmesi için düzenlenmiş 13 kısa DNA parçası kullanarak önceki sınırlamaları aşar . Parçalar daha küçük, kararlı bir boyuta ulaştığında, karıştırma durur ve DNA etiketi her hücre için yerinde kilitlenir.
Her DNA parçası çok kısa olduğundan, bu etiketlerin standart genetik dizileme araçları kullanılarak okunması kolaydır. Bu, yöntemi büyük bütçeleri olmayan laboratuvarlar için bile uygun hale getirir.
Ekip ayrıca The Jackson Laboratory’den temin edilebilen 037677 suşu adı verilen özel bir fare türü de yarattı . Araştırmacılar bunu, belirli dokularda barkodlama sürecini etkinleştiren başka bir fareyle eşleştirerek kullanabilirler.
Embriyodaki gizli önyargıyı ortaya çıkarmak
Pluripotent hücrelerin bir kader seçmeden önce dış sinyalleri beklediği uzun zamandır varsayılmıştır. Ancak yeni veriler, birçok klonun fetüs hala bir haşhaş tohumu büyüklüğündeyken bir germ katmanına doğru eğilim gösterdiğini göstermektedir.
Örneğin, erken çizginin oluştuğu yere yakın oturan epiblast hücreleri çoğunlukla kan ve mezenşim hücreleri üretti; bu, daha önceki boya etiketli çalışmalarla uyuşuyordu ancak tek hücre çözünürlüğü sağlıyordu.
Buna karşılık, ön klonlar sinir dokularını tercih etti; bu da gastrulasyon başlamadan önce pozisyon ipuçlarının soy eğilimine dönüştüğüne işaret ediyor.
Beklenmedik asimetriler de ortaya çıktı. Sol uzuv tomurcuğu genellikle sağdakinden farklı kuruculara kadar uzanıyordu, bu da rastgeleliğin, ayna simetrisinin değil, ilk iskelet taslağının tohumlarını attığını gösteriyordu.
Bu tür içgörüler, bazı doğuştan gelen bozuklukların neden vücudun sadece bir tarafını etkilediğini açıklayabilir . LoxCode ayrıca kök hücre mühendislerine organoidleri dengeli büyümeye yönlendirmek için referans haritaları sağlar.
Beyin büyümesinden felç onarımına
Barkodlama canlı farelerde çalıştığı için araştırmacılar bunu bağışıklık gelişimi, bağırsak yenilenmesi ve tümörün nüksetmesini incelemek için şimdiden uyarlıyorlar.
Queensland Üniversitesi’nden bir sinir bilimci, LoxCode kullanarak felçten sonra yeni doğan nöronların yetişkin devrelere nasıl entegre olduğunu izliyor ve yaralanma kenarındaki öncülleri işaretliyor.
Kanser biyologları, aylarca süren ilaç maruziyeti boyunca terapiye dirençli klonların nasıl ortaya çıktığını takip etmeyi planlıyor. Hayatta kalan her hücreyi en erken barkoduna kadar geriye doğru izleyerek, nüksetmeden önce zayıflıkları tespit etmeyi umuyorlar.
İlaç geliştiricileri bir gün zararlı soyları sağlıklı kaderlere doğru iten bileşikleri tarayabilirler. Bu yaklaşım doğal olarak tek hücreli RNA profilleriyle eşleşir ve sadece bir klonun nereye gittiğini değil, gen programlarının yolculuk boyunca nasıl değiştiğini de ortaya çıkarır.
Bunun tıp açısından anlamı nedir?
Gelişimsel bozukluklar sıklıkla klinik semptomlar ortaya çıkmadan haftalar önce gerçekleşen yanlış zamanlanmış hücre kararlarından kaynaklanır.
Araştırmacılar, hücresel soyağacı çizelgesini ellerinde bulundurarak ilk yanlış dönüşü tespit edebilir ve kesin müdahaleler tasarlayabilirler.
Kurucu hücrelerdeki hatalı DNA’yı değiştiren gen terapileri, dokuları parça parça tedavi etmek yerine tüm bir soyu düzeltebilir.
Benzer şekilde, nakil doktorları, ameliyattan önce laboratuvarda yetiştirilen greftlerin doğru hücre tipi karışımını içerdiğini doğrulayabilirler.
Etik sorular, özellikle insan embriyoları da benzer derinlikte etiketlenirse, takip edecektir. Şimdilik, odak noktası farelerde kalmaya devam ediyor; LoxCode, erken embriyonik desenleme üzerine ders kitaplarını yeniden yazmayı vaat ediyor.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: İlk Hücrelerimiz Vücudumuzun Hangi Bölümlerini İnşa Edeceğini Nasıl Biliyor?
Çalışmaya Göre Parkinson Hastalığı Beyinde Başlamıyor Olabilir
/İlk Hücrelerimiz Vücudumuzun Hangi Bölümlerini İnşa Edeceğini Nasıl Biliyor?/