Ana sayfa 86. Sayı Baş veya kuyruk Hangisinin oluşturulacağını “hücre elektriği” belirliyor

Baş veya kuyruk Hangisinin oluşturulacağını “hücre elektriği” belirliyor

Bilim Gündemi

133
PAYLAŞ

Çeviren: Naz Kanıt

Bilim insanları ilk defa hücre membranındaki voltaj ve iyon akımındaki belirli değişikliklerin, hücrenin baş ya da kuyruk oluşturmasını belirlediğini gösterdi. Tufts Universitesi Sanat ve Bilim Okulu bünyesindeki biyologlar tarafından yürütülen çalışmalar sonucunda, uzuvları kesilmiş at solucanı (Ascaris megalocephala) üzerinde, baş-kuyruk kimliğini belirleyen doğal elektriksel sinyallerin değiştirilmesiyle rejenere edilen dokunun şekli istenilen şekilde yönlendirildi. Tufts Üniversitesi profesörlerinden Michael Levin tarafından yönetilen araştırma 28 Ocak 2011 tarihinde Chemistry&Biology dergisinde, 27 Ocak tarihinden itibaren ise online olarak yayınlandı.

Araştırma sonucunda biyoelektrik sinyallerin önceden bilinmeyen görevleri ve önemli bir model sistem olan at solucanlarında doku rejenerasyonundaki basit mekanizmalar ortaya çıkarıldı. Sonuçlara dayanarak, iyon kanallarının farmakolojik ajanlar yardımıyla kontrolü ile kaybedilen organların rejenerasyonuna yönelik tedavilere yönelim bekleniyor.

Bu çalışma, yaralı bir organizmanın, nasıl bu hale geldiğini belirlediği, nasıl bu kısımları onardığı ve nasıl ancak gerekli miktarda doku üreterek kanser ya da aşırı büyüme gibi problemleri engellediği gibi sorulara cevap oluşturuyor.

Geçmişte yapılan çalışmalar sonucunda rejenerasyonun biyolelektrik yollarla uyarılmasının mümkün olduğu gösterilmişti. Ancak ilk kez bu araştırma sonucunda rejenerasyonun sonucunda oluşacak doku tipi belirlendi. Araştırmada iyon kanalları ve pompa proteinlerinde belirli bazı değişiklikler yapıldı ve transmembran voltaj değerleri kontrol altına alınarak istenilen kısım rejenere edildi. Levin’e göre, bu araştırmanın daha iyi anlaşılması sonucunda, insanlarda da istenilen organların rejenerasyonu bu yolla sağlanabilecek.

Çalışma sonucunda elde edilen önemli sonuçlardan biri de, gen terapisi kullanılmadan yalnızca kimyasal yollarla membran voltajında değişiklikler yaratılmasına yarayan yeni bir tekniğin ortaya atılması. Böyle bir yaklaşım sayesinde epigenetik mekanizmaları ve her bir sinyal yolunu regüle etmek durumunda kalınmayacak, transgenler ile çalışırken ortaya çıkabilecek zorluklardan uzak durulabilecek.

At solucanları omurgalılar ile oldukça fazla sayıda ortak gen içeriyorlar. Kompleks bir merkezi sinir sistemine, tam bir beyine ve belirli miktarda erişkin kök hücre popülâsyonuna sahipler. Yetişkin bir at solucanı oldukça gelişmiş bir rejenerasyon kapasitesine sahip. Koparılan herhangi bir parça yeniden büyüyebiliyor; buna beyin de dahil.

Tufts biyologları önceki çalışmalarında H,K,-ATPaz enzimi için rejenerasyonda hücre-hücre bağlanmaları ile ilgili mümkün bir görev belirlemişlerdi. Yaptıkları araştırmaya göre bu enzim yaralı dokuda iyon nakli ile depolarizasyona yardımcı oluyor ve organizmanın baş rejenerasyonunu mümkün kılıyor. Ayrıca, H,K,-ATPaz’dan bağımsız olarak ivermektin kullanıldığında yeni kafaların rejenere olduğu görülmüş. Bu durum organizmanın posterior kısmında, normalde kuyruk üretilen bölgede de bu şekilde gerçekleşmiş. Bu sayede voltaj gradiyentinin aynı dokuda farklı şekillerde uygulanmış olmasıyla rejenerasyonun yönlendirmesinde önemli bir etken olduğu bulunmuş. H,K,-ATPaz enziminin inhibitörü olan “SCH 28080” 72 saat boyunca uygulandığında, dokunun hiperpolarize olduğu ve kafa rejenerasyonunun durduğu görülmüş. Sonuç olarak araştırmacılar, farmokolojik olarak membran voltajında yapılan indüksiyonların önemli bir uyarı oluşturabilmekte olduğunu belirtiyorlar. Bu önemli uyarı dahilinde yeni bir kafa oluşumu gibi tam bir morfogenetik programın başlatıldığı ve bu kompleks yapıda önemli bir regülasyon mekanizması olarak görev aldığı söyleniyor.

Hücre membran voltajındaki değişiklikler bir at solucanının baş ya da kuyruk rejenerasyonunda anahtar role sahip. Resimde üst kısımda yer alan değiştirilmemiş kontrol solucanında beklendiği şekilde normal bir kafa oluşumu gözlenmiş. Ortadaki örnekte, iki uçta rejenerasyonun gerçekleştiği dokular deneysel olarak depolarize edildiğinde iki kafanın oluştuğu görülmekte. En aşağıda yer alan solucanda ise yaralamanın ardından normal yollarla yaranın iyileşmesi ve kafa oluşması gerekirken, doku hiperpolarize edilerek kafanın oluşması engellenmiş.

Gelişim biyolojisi çalışmakta olan bilim insanları genellikle biyokimyasal sinyalleri ve bu sinyallerin doku oluşumu sırasındaki değişimlerini incelerlerken, Levin önderliğindeki bu çalışmada önemli ve farklı bir sinyal olan biyoelektrik sinyaller üzerine odaklanılmış. Odaklanılan bu biyoelektriksel dil sayesinde, yeni hücrelerin konakçı hücreler ile aktivitesi yoluyla, konakçıların embriyonun oluşumu sırasında bu yeni hücrelere bir örnek teşkil etmesi, kopan parçaların rejenere edilmesi ve kanser gibi durumlarda organizmanın şeklindeki bozuklukların önlenmesi gibi bazı regülasyonlar sağlanıyor. 

Kaynak: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/02/110205144133.htm