Hücrelerin kaderi kökenle sınırlı değil: Embriyo gelişiminde yeni bulgular
Fare embriyolarında yapılan iki bağımsız çalışma, milyonlarca hücrenin soy ağacını DNA ile çıkardı. Araştırma, hücrelerin görevinin çevresel sinyallerle de şekillendiğini gösterdi.
Chip'in haberine göre, tek döllenmiş yumurtadan başlayarak milyonlarca hücreyle karmaşık bir organizma haline gelen süreç, biyolojinin en önemli araştırma konularından biri olarak bilim insanlarının odak noktasını oluşturdu. İki bağımsız ekip, fare embriyolarında bir milyondan fazla hücrenin geçmişini inceleyerek hangi hücrenin hangi atadan geldiğini gösteren ayrıntılı soy ağaçları çıkardı.
Araştırmacılar, sadece hangi dokulara dönüşeceklerini değil, gelişim boyunca izledikleri yolları da ortaya koydu. Elde edilen bulgular, bir hücrenin gelecekte üstleneceği görevin her zaman kökeniyle belirlendiğini göstermediğini ortaya koydu. Embriyo içindeki konum ve çevredeki hücrelerle ilişkiler de gelişimin yönünü etkileyebiliyor.
Büyük ölçekli gözlemlerin önemi, bir organizmanın tüm hücre bölünmelerini doğrudan izlemenin zorluğundan kaynaklanıyor. Daha önce şeffaf bir solucanın yaklaşık bin hücreden oluşan gelişimini mikroskopla takip etmek mümkünken, memelilerde bu yöntem, çok sayıda hücre ve dokunun ışık geçirgen olmaması nedeniyle uygulanamıyordu.
DNA üzerinde geçmişin kaydedilmesiyle çalışmayı kolaylaştıran yeni bir kayıt sistemi geliştirildi. Hücreler bölündükçe genetik materyalde küçük değişiklikler oluşuyor ve bu işaretler sonraki hücre nesillerine geçiyor. Böylece belirli bir gelişim aşamasında hücrelerin DNA’sını inceleyerek soy ilişkileri geriye dönük olarak yeniden kurulabiliyor.
Bu çalışmada, geleneksel CRISPR tabanlı yöntemlerin sınırlamalarını aşmak amacıyla daha hassas değişiklikler yapabilen prime editing teknolojisinden faydalanıldı.
Washington Üniversitesi ekipleri, DNA Typewriter adını verdikleri sistemi döllenmiş tek bir fare yumurtasına yerleştirerek embriyonun ilk hücresinden itibaren sonraki nesillere aktarılan kayıtlar oluşturdu. Whitehead Enstitüsü ise PEtracer adlı farklı bir yöntemi uyguladı ve erken gelişim aşamasındaki embriyolara eklenen kök hücrelerin sonraki bölünmeleri ile farklı dokulara katkıları izledi.
Her iki ekip de fare embriyolarını yaklaşık üçte ikiye denk gelen 13,5 günlük gelişim aşamasına kadar inceledi. Washington Üniversitesi 1,28 milyon hücreyi analiz ederken Whitehead Enstitüsü yaklaşık 1,4 milyon hücreyi inceledi.
Araştırmaların bulguları, farklı embriyolardaki gelişim süreçlerinin büyük ölçüde benzerlik gösterdiğini ortaya koydu ve hücre soy ağaçları arasında paralellikler bulundu. Zamanlamadaki farklar ise altı saatten daha az olarak kaydedildi. Ancak hücrelerin hangi görevi üstleneceğinin yalnızca geçmişten kaynaklanmadığı sonucuna varıldı.
Örneğin kan damarlarının iç yüzeyini kaplayan hücreler, farklı kökenlerden gelmelerine rağmen benzer özellikler kazanabiliyor. Buna karşın ortak bir atadan gelen bazı hücreler beynin farklı bölgelerini ayıran sınırların iki tarafında farklı kimliklere dönüşebiliyor.
Bu sonuçlar, hücrelerin gelişim sırasında çevrelerinden aldığı sinyallerin ve konumunun belirleyiciliğini gösteriyor. Kökenden gelen hücreler her zaman aynı görevi üstlenmek zorunda değil.
Gelişimsel plastisite olarak adlandırılan kavram, hücrelerin gelişim sürecinde farklı kimlikler kazanabilme ve çevresel koşullara uyum sağlayabilme kapasitesini ifade ediyor. Yeni çalışmalar, hücre soyunun geçmişini ayrıntılı inceleyerek erken kararların hangi aşamalarda belirlendiğini ve hangi kararların daha sonra çevresel etkenlerle şekillendiğini anlamaya yardımcı oluyor.
Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde yürütülen bir diğer çalışma da benzer bulgular ortaya koydu. Fare embriyolarının 14,5 günlük aşamaya kadar takip edildiği bu çalışmada benzer hücre kimliklerinin farklı soy yolları üzerinden oluşabildiği görüldü.
Bununla birlikte kullanılan yöntemlerin henüz kusursuz olmadığını belirtmek gerekir. DNA Typewriter ve PEtracer her hücre bölünmesini eksiksiz kayıt altına alamıyor; bilim insanları, elde edilen işaretleri istatistiksel yöntemlerle değerlendirerek en olası soy ilişkilerini yeniden kuruyor.
Science ve Cell dergilerinde yayımlanan bu çalışmaların verileri, doğrulanabilirlik için etkileşimli internet platformlarında paylaşıldı.
Yeni teknikler sayesinde araştırmacılar, hücrelerin gelecekte farklı dokulara dönüşmesini sağlayan koşulları ve geçmişteki gelişim olaylarının hücrelerin sonraki işlevlerini nasıl etkilediğini daha ayrıntılı inceleyebilecek. Milyonlarca hücreyi kapsayan bu soy ağaçları, memeli gelişiminin şimdiye kadar doğrudan izlenemeyen aşamalarına ilişkin kapsamlı bir araştırma zemini oluşturuyor.
TürkAta Haber Ajansı