Modern Hastalıkların Çözümü Doğada mı? Kış Uykusu Metabolizması ve İnsan Sağlığı
FTO lokusuna yakın genetik anahtarlar, kış uykusuna yatan hayvanların aşırı metabolik dayanıklılığını mümkün kılabilir ve gelecekte insanlarda görülen metabolik ve yaşa bağlı hastalıklar için yeni tedavilere ilham verebilir.
Kış uykusuna yatan hayvanlar olağanüstü biyolojik dayanıklılık sergilerler. Aylarca yemeden veya içmeden hareketsiz kalabilirler. Bu süre zarfında kasları erimez, vücut sıcaklıkları donma noktasına yakın düşer ve hem metabolizma hem de beyin aktivitesi önemli ölçüde yavaşlar. Ancak bu hayvanlar kış uykusundan uyandıklarında, tip 2 diyabet, Alzheimer hastalığı ve felç gibi ciddi insan hastalıklarına benzeyen durumlardan iyileşirler.
Son genetik çalışmalar, kış uykusuna yatan hayvanların bu kadar aşırı koşullarda hayatta kalmalarını sağlayan yeteneklerin, insanlarda da bulunan DNA dizileriyle bağlantılı olabileceğini öne sürüyor. Bu bulgular, benzer biyolojik mekanizmaların insanlarda nasıl aktive edilebileceğine dair ipuçları vererek, nörodejenerasyon ve diyabet tedavisi için yeni yaklaşımlara yol açabilir.
FTO Gen Kümesi ve Obezite Bağlantısı
Bilim insanları, “yağ kütlesi ve obezite (FTO) lokusu” olarak bilinen bir gen grubunun kış uykusuna yatan hayvanların biyolojisinde önemli bir rol oynadığını keşfetti. İnsanlar da aynı gen kümesini taşıyor. Utah Üniversitesi Sağlık Merkezi’nde nörobiyoloji, anatomi ve insan genetiği profesörü ve çalışmaların kıdemli yazarı olan Chris Gregg, PhD, “Bu bölgeyle ilgili çarpıcı olan şey, insan obezitesi için en güçlü genetik risk faktörü olmasıdır” diyor. Bununla birlikte, kış uykusuna yatan türler bu genleri hayatta kalmalarına fayda sağlayacak şekilde kullanabiliyor gibi görünüyor.
Bazı kirpiler, yarasalar, yer sincapları ve lemurlar gibi kış uykusuna yatan hayvanların evrimini incelemek, olağanüstü dayanıklılıklarının sırlarını ortaya çıkarabilir. (Fotoğraf: Chrissy Richards)
Araştırmacılar, kış uykusuna yatan hayvanlarda FTO lokusunun yakınında bulunan özel DNA bölgeleri keşfettiler. Bu bölgeler, yakındaki genlerin aktivitesini artırarak veya azaltarak onları düzenliyor. Ekip, bu genetik düzenlemenin hayvanların kış başlamadan önce büyük yağ rezervleri oluşturmasına ve daha sonra kış uykusu dönemi boyunca depolanan enerjiyi kademeli olarak yakmasına yardımcı olabileceğine inanıyor.
Deneyler ayrıca, bu düzenleyici DNA bölgelerinin metabolizmayı kontrol etmede önemli bir rol oynadığını ortaya koydu. Bilim insanları, farelerde bu kış uykusuna yatan hayvanlara özgü DNA segmentlerini değiştirdiklerinde, vücut ağırlığında ve metabolik aktivitede değişiklikler gözlemlediler. Bazı mutasyonlar, farelerin diyetlerine bağlı olarak ne kadar hızlı kilo aldığını etkiledi. Diğerleri ise hayvanların kış uykusuna benzer bir duruma girdikten sonra vücut sıcaklıklarını ne kadar iyi geri kazandıklarını etkiledi veya genel metabolizma hızlarını değiştirdi.
Düzenleyici DNA Metabolizmayı Kontrol Ediyor
İlginç bir şekilde, araştırmacılar tarafından tanımlanan DNA segmentleri genlerin kendileri değil. Bunun yerine, bunlar, yakındaki genlerle etkileşime giren ve aktivite seviyelerini ayarlayan düzenleyici unsurlar olarak işlev görürler; tıpkı bir orkestra şefinin orkestradaki müzisyenlerin ses seviyesini ve zamanlamasını yönlendirmesi gibi.
Bu elementler aynı anda birçok geni etkilediği için, tek bir düzenleyici bölgenin değiştirilmesi çok geniş kapsamlı etkilere sahip olabilir. Utah Üniversitesi Sağlık Merkezi’nde nörobiyoloji ve anatomi alanında araştırma bilimcisi ve çalışmalardan birinin ilk yazarı olan Susan Steinwand, etkinin şaşırtıcı derecede büyük olabileceğini açıklıyor. “Bu elementlerden birini -bu küçücük, görünüşte önemsiz DNA bölgesini- devre dışı bıraktığınızda, yüzlerce genin aktivitesi değişiyor,” diyor. “Bu oldukça şaşırtıcı.”
Kış uykusuna yatan hayvanların metabolizmalarını bu kadar dramatik bir şekilde değiştirebilme yeteneği, insanlarda metabolik hastalıkların tedavisi için fikir verebilir. Utah Üniversitesi Sağlık Merkezi’nde biyoinformatikçi ve diğer çalışmanın ilk yazarı olan Elliott Ferris, MS, “Genlerimizi kış uykusuna yatan hayvanlar gibi biraz daha düzenleyebilseydik, belki de kış uykusundan normal metabolik duruma dönen bir hayvan gibi tip 2 diyabetin üstesinden gelebilirdik,” diyor.
Genomda Kış Uykusuna Dair İpuçları Arama
Kış uykusunda rol oynayan genetik bölgeleri belirlemek, devasa bir DNA samanlığında birkaç iğne bulmaya benzer karmaşık bir zorluktur. Araştırmacılar, aramalarını daraltmak için, genomun hangi kısımlarının dahil olabileceğini belirlemek üzere birkaç bağımsız tüm genom analiz yöntemini kullandılar. Daha sonra, örtüşen alanları bulmak için bu yaklaşımların sonuçlarını karşılaştırdılar.
Bir strateji, çoğu memelide büyük ölçüde değişmeden kalan ancak kış uykusuna yatan türlerde yakın zamanda değişiklikler gösteren DNA dizilerine odaklandı. Ferris, “Bir bölge 100 milyon yıldan fazla bir süre boyunca türden türe çok fazla değişmiyorsa, ancak daha sonra kış uykusuna yatan iki memelide hızla ve dramatik bir şekilde değişiyorsa, bunun özellikle kış uykusu için önemli bir şeye işaret ettiğini düşünüyoruz” diyor.
Bilim insanları ayrıca, kış uykusu sırasında meydana gelen biyolojik süreçleri, kış uykusu sırasında görülenlere benzer metabolik değişiklikleri tetikleyen oruç tutan fareleri inceleyerek araştırdılar. Bu deneylerden, oruç sırasında aktivitelerini artıran veya azaltan genleri belirlediler. Daha sonra, bu yaygın değişiklikleri kontrol eden merkezi koordinatörler veya “merkezler” görevi gören genleri belirlediler.
Merkez Genler ve Evrimsel Değişimler
Kış uykusuna yatan türlerde yakın zamanda evrimleşen DNA bölgelerinin birçoğunun bu merkez genlerle etkileşime girdiği görüldü. Bu, kış uykusunun evriminin, bu merkezi genleri yöneten düzenleyici kontrollerdeki değişikliklere bağlı olabileceğini düşündürmektedir. Bu düzenleyici diziler artık daha fazla araştırma için umut vadeden hedefler oluşturmaktadır.
Araştırmacılar ayrıca, kış uykusuna yatan canlılardaki birçok genetik değişimin, tamamen yeni işlevler yaratmaktan ziyade, belirli DNA elementlerinin orijinal işlevini bozduğunu veya zayıflattığını fark ettiler. Bu gözlem, kış uykusuna yatan türlerin, metabolizmanın ne kadar esnek olabileceğini normalde sınırlayan genetik kısıtlamaları kaybetmiş olabileceğini düşündürmektedir. Buna karşılık, insan metabolizması daha dar bir enerji kullanım aralığında çalışabilir. Kış uykusuna yatan hayvanlarda bu sınırlamalar artık mevcut olmayabilir.
Kış uykusuna yatan türler nörodejenerasyondan kurtulabilir, kas kaybını önleyebilir, vücut ağırlığındaki dramatik değişikliklere rağmen sağlıklı kalabilir ve genellikle daha uzun ömürlü olduklarına dair belirtiler gösterebilirler. Araştırmacılar, bulgularının, bilim insanları ilgili metabolik kontrolleri nasıl ayarlayacaklarını öğrenirlerse, insanların benzer koruyucu yetenekler için gerekli genetik temele zaten sahip olabileceğini gösterdiğine inanıyorlar.
İnsanlarda Kış Uykusu Özelliklerinin Kilidini Açmak
Steinwand, “İnsanlar zaten genetik çerçeveye sahip,” diyor. “Sadece bu kış uykusuna yatan canlıların özelliklerinin kontrol anahtarlarını belirlememiz gerekiyor.” Bunu nasıl yapacaklarını öğrenerek, araştırmacılar insanlara benzer bir direnç kazandırmaya yardımcı olabilirler.
Gregg, “Genomdaki bu kış uykusuyla bağlantılı mekanizmaları anlayarak, yaşa bağlı hastalıklara müdahale etmek ve yardımcı olmak için stratejiler bulma fırsatı var,” diyor. “Eğer bu, zaten sahip olduğumuz genomda gizliyse, kendi sağlığımızı iyileştirmek için kış uykusuna yatan canlılardan öğrenebiliriz.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
İlk İnsanların Uzun Kışlar Boyunca Kış Uykusuna Yatmış Olabileceği Ortaya Çıktı