Zebrabalığı hücreleri, birleşin!

Zebrabalığı hücreleri, birleşin!

Maç öncesi gizli biçimde birbirine taktik veren basketbolcuları gözünüzün önüne getirin. Basketbolcular şimdi birer hücre olsun. Almanya’daki Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan (EMBL) bilim insanları hücrelerin de gruplaşarak birbirlerine taktik verdiklerini ortaya çıkardı. Bir organizmanın şekline kavuşmasını sağlayan biyolojik sürece morfojenez deniyor. Üç boyutlu hücre kültürü ortamında kök hücrelerle yapılan çalışmalarda mini-beyin, mini-bağırsak gibi organsı yapıların üretilmesi söz konusu. Bunun için hücre toplulukları bir araya gelerek hücrenin farklılaşmasına yol açacak çeşitli sinyal ağlarının* (ing. signalling pathway) başlatılmasını düzenler, böylece mikro-çevrelerin oluşması sağlanabilir. Hücre dışı sinyallerin bu mikro çevrelerin oluşmasında düzenleyici etkisi şimdiye dek çoğunlukla hücre yüzeyi ya da hücre dışı proteinlerle çalışıldı. Durdu ve diğerlerinin Nature’da bu ay yayımlanmış çalışmalarında ise organ oluşurken hücreler bir araya geldiğinde paylaştıkları boşluğun (ing. lumen) bu mikro çevrelerin oluşmasında etkisi araştırılmış.

EMBL’den Bork Grubunun biyoenformatik analiz ve Schwab grubunun da elektron mikroskopi uzmanlığıyla katkıda bulunduğu bu çalışma, hücrelerin organize olurken birbiriyle olan iletişimini belirlemesi açısından bir ilk. Çalışmanın başyazarı ve EMBL’de Darren Gilmour’un laboratuvarında doktora öğrencisi olan Sevi Durdu’ya göre (tıpkı rakı sofrasında olduğu gibi) ‘herkes konuşabilir ve dinleyebilir; fakat masada konuşulan masada kalır.’ Yani hücreler de bir araya gelerek belli sinyalleri kendilerine hapsediyor ve sadece kendi aralarındaki iletişim için kullanıyor. Durdu, bu davranışı zebrabalığının su basıncında meydana gelen değişiklikleri algılamasını sağlayan kulağa benzeyen organların (yanal hat, ing. lateral line) oluşması esnasında gözlemledi.

Zebrabalığı geliştikçe, bir hücre topluluğu baştan kuyruğa doğru hareket eder. Organın oluşması gereken zamanda, bir grup hücre bir araya gelip durur ve organı oluşturur. Diğer hücreler ise harekete devam eder, ta ki başka bir organı oluşturmak için durana kadar ve bu süreç böyle devam eder. Organı oluşturmak için duran hücreler önce şekil değiştirir, yassı halde hücre topluluğuyken dik hale gelip sarımsak dişleri gibi dizilebilir. Durdu’nun bulgularına göre, bu ‘sarımsak dişleri’ lümende bir araya gelip bu ortamda hücre ve dokuların çoğalma ve farklılaşmasında önemli rolü olan fibroblast büyüme faktörü (FGF) molekülünü kendilerine hapsedip iletişim için kullanabiliyor.

Şekil 1: Fibroblast büyüme faktörlerinin (FGF) işlevleri

FGF’in en bilinen özelliği farklı hücre kaderlerini (bir hücrenin farklılaşacağı en son hücre tipi) belirlemek, ki bu FGF’in salgılandığı hücrelerden difüze olarak yayıldığı mesafeye bağlı. a) Belli bir eşik değerinin (ing. threshold) üzerinde FGF’e maruz kalmış hücreler etkilenirken, diğerlerinde bir etki gözlenmiyor. b) Zebrabalığı embriyolarının gelişim sürecinde primordium adı verilen hücreler baştan kuyruğa doğru hareket (göç) eder. Bu göç esnasında hücreler belli aralıklarla rozet şeklinde yapılar oluşturur, bu yapılar oluşacak organların öncülüdür. Durdu ve diğerlerine göre bu rozet-yapıların içindeki lümen kısmına FGF hapsedilmesi hücrelerin organize hareket etmesini sağlıyor. c) Lümen kısmı, ‘sarımsak dişleri’ gibi hücre toplulukları ile sarılmış durumda. Sağdaki şekilse tek bir dişin bu lümene katkısını gösteriyor [2].

Gilmour’a göre, şimdiye kadar FGF’in dışarıya yayılarak iş gören bir iletişim sinyali olduğu düşünülmüş. Yatal hatta da, bu molekül hapsedilmezse hücreler arasında difüzyon ile dağılıyor. Fakat hücreler bir araya geldiğinde bu molekülü lümende hapsedebiliyor ve diğer hücrelerin veremediği bir kararı veriyor: Hareket etmeyi durduruyor.

Şekil 2: m) Lümenin, pek çok hücrenin (farklı renklerle gösterilmiş) bir araya gelmesi ile oluşturulduğu bu araştırmanın bulgularından biri. o) Futbol topu şeklinde gösterilmiş lümen (hücre boşluğu) ve onu çevreleyen ‘sarımsak dişi’ hücreler. Ölçek çubuğu boyutu, 5 μm (m) [1].

Yani, bir grup hücrenin etkileştiği FGF molekülü arttığında, hücrelerin bulunduğu boşluk kısım, diğer adıyla lümen, bu hücrelerin nerede, ne zaman toplanıp duracağı konusunda büyük bir öneme sahip. Çalışmayı yürüten bilim insanları bu molekülü arttırınca hücrelerin çok ani bir şekilde durduğunu ve birbirine yakın organlar oluşturduğunu gözlemliyor, öte yandan azalttıklarında ise hücre topluluğu daha uzun süre harekete devam ediyor ve birbirinden uzak mesafede organ oluşturuyor.

Şekil 3: Hücre grupları bir araya toplanarak sinyal molekülü olan (yeşille gösterilen) FGF’i hapsediyor ve gizli bir bişimde iletişim kurabiliyor [1].

Araştırmacıların bir model organizma** olan zebrabalığında keşfettikleri bu grup stratejisinin yaraların iyileşmesi, organ oluşumu ve kanser gibi pek çok biyolojik süreçte de kritik bir rolü olabilir.

Buluşla ilgili ayrıntılı (İngilizce) video:

*Sinyal ağı: Bir reseptörün aktive olması ile hücrede başlattığı/meydana gelen değişimlere sinyal ağı veya hücresel sinyal iletimi denir.

Reseptör: Hücre zarına gömülmüş, hücre dışından kimyasal sinyalleri alan, yani hücre işi ve dışı arasında aracı olan protein yapılı moleküle denir.

**Model organizma: Belli biyolojik olguları çalışmak için kullanılan, insan dışındaki organizmalara denir. Örneğin, yaşlanma ile ilgili çalışmalarda kullanılan yassı solucan C. elegans ya da  genetik ve hücre biyolojisi çalışmalarında yaygın kullanılan maya S. cerevisiae gibi.

Kaynakça:

  1. Durdu, S. Iskar, M., Revenu, C., Schieber, N., Kunze, A., Bork, P., Schwab, Y. & Gilmour, D. Luminal signaling links cell communication to tissue architecture during organogenesis. Nature, 22 Ekim 2014.
  2. Sharpe, J. Developmental biology: Cells unite by trapping a signal. Nature, 22 Ekim 2014.
  3. http://www.embl.de/aboutus/communication_outreach/media_relations/2014/141022_Heidelberg/index.html

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap