Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Babraham Enstitüsü'nde yapılan çalışmalar sayesinde insan cilt hücreleri için “30 yıllık zaman atlamalı” bir teknik geliştirildi. Bu teknik sayesinde hücreler için zaman geçmişe doğru akıyor ve bu sırada özel işlevlerini kaybetmiyorlar. Enstitünün Epigenetik araştırma programında bulunan araştırmacılar tarafından yapılan bu çalışmalar, biyolojik yaşın moleküler ölçümlerini canlandırmanın yanı sıra yaşlı hücrelerin işlevini kısmen de olsa eski haline getirmeyi başardılar.

Rejeneratif tıp nedir?

Yaşlandıkça hücrelerimizin işlev görme yeteneği azalır ve genom yaşlanmanın izlerini biriktirir. Rejeneratif biyoloji, eski hücreler de dahil olmak üzere, hücreleri onarmayı veya değiştirmeyi amaçlar. Rejeneratif biyolojideki en önemli araçlardan biri "uyarılmış" kök hücreler oluşturma yeteneğimizdir. İşlem, her biri hücreleri özelleştiren bazı işaretleri silen birkaç adımın bir sonucudur. Teoride bu kök hücreler herhangi bir hücre tipi olma potansiyeline sahiptir, ancak bilim insanları kök hücreleri tüm hücre tiplerine yeniden farklılaştırmak için koşulları henüz güvenilir bir şekilde yeniden oluşturamamaktadırlar.

İlk görüntüdeki genç fibroblastlar, ikisi 10 gün sonra (sağda tedaviyle) son ikisi 13 gün sonra (sağda tedaviyle). Kırmızı, yenilenmiş kolajen üretimini gösterir. Kaynak: Fátima Santos, Babraham Enstitüsü

Zamanı geri almak

Bilim insanlarının kök hücre yapmak için kullandıkları Nobel Ödüllü tekniğe dayanan yeni yöntem, sürecin bir kısmında yeniden programlamayı durdurarak hücre kimliğini tamamen silme sorununun üstesinden geliyor. Bu, araştırmacıların hücreleri yeniden programlama arasındaki kesin dengeyi bulmalarına, hücreleri biyolojik olarak daha genç yapmalarına ve yine de özel hücre işlevlerini yeniden kazanmalarına izin verdi. 

2007 yılında Shinya Yamanaka belirli bir işlevi olan normal hücreleri herhangi bir hücre tipine dönüşme özel yeteneği olan kök hücrelere dönüştüren ilk bilim insanı olmuştu. Kök hücre yeniden programlama sürecinin tamamı, Yamanaka faktörleri adı verilen dört anahtar molekül kullanılarak yaklaşık olarak 50 gün sürmektedir. 'Olgunlaşma fazı geçici yeniden programlama' adı verilen yeni yöntem, hücreleri sadece 13 gün boyunca Yamanaka faktörlerine maruz bırakır. Bu noktada yaşa bağlı değişiklikler ortadan kalkar ve hücreler geçici olarak kimliklerini kaybederler. Kısmen yeniden programlanan hücrelere normal koşullar altında büyümeleri ve spesifik cilt hücresi işlevlerinin geri gelip gelmediğini gözlemleyebilmek için zamanınız olur. Genom analizi, hücrelerin cilt hücrelerinin (fibroblastlar) karakteristik belirteçlerini yeniden kazandığını gösterdi ve bu, yeniden programlanmış hücrelerde kolajen üretiminin gözlemlenmesiyle doğrulandı.

Bir yara iyileşme testinin parçası olarak fibroblast hücrelerinin hareketi. Kaynak: Fátima Santos, Hanneke Okkenhaug'un analizi.

Yaş sadece bir sayı değildir

Hücrelerin gençleştiğini göstermek için araştırmacılar yaşlanmanın ayırt edici özelliklerinde değişiklik aradılar. Wolf Reik'in Enstitü'deki laboratuvarında çalışmayı doktora öğrencisi olarak yürüten Dr. Dil jeet Gill, “Moleküler düzeyde yaşlanma konusundaki anlayışımız, son on yılda araştırmacıların insan hücrelerinde yaşa bağlı biyolojik değişiklikleri ölçer. Elde ettiğimiz yeni yöntemimizi yeniden programlamanın kapsamını belirlemek için bunu deneyimize uygulayabildik" dedi.

Araştırmacılar, çoklu hücresel yaş ölçümünü incelediler. İki müdahalede bulundular bunlardan ilki genom boyunca bulunan kimyasal etiketlerin yaşı gösterdiği epigenetik saatti. İkincisi ise hücre tarafından üretilen tüm gen okumaları olan transkriptomdu. Bu iki önlem sayesinde yeniden programlanan hücreler referans veri kümelerine kıyasla 30 yıl daha genç olan hücrelerin profiliyle eşleşme oldu.

Bu tekniğin potansiyel uygulamaları hücrelerin sadece daha genç görünmesine değil, aynı zamanda genç hücreler gibi işlev görmesine de bağlıdır. Fibroblastlar; kemiklerde, cilt tendonlarında ve bağlarda bulunan ve dokulara yapı sağlamaya ve yaraları iyileştirmeye yardımcı olan bir molekül olan kolajen üretir. Yenilenen fibroblastlar, yeniden programlama sürecinden geçmeyen kontrol hücrelerine kıyasla daha fazla kolajen proteini üretti. Fibroblastlar ayrıca onarılması gereken alanlara da taşınır. Araştırmacılar, bir tabakta bir hücre katmanında yapay bir kesik oluşturarak kısmen gençleşmiş hücreleri test ettiler. Tedavi edilen fibroblastlarının boşluğa eski hücrelerden daha hızlı hareket ettiğini buldular. Bu bulgu, bir gün bu araştırmanın sonunda yaraları iyileştirmede daha iyi olan hücreler oluşturmak için kullanılabileceğinin umut verici bir işaretidir.

Gelecekte bu araştırma başka tedavi olasılıklarının önünü de açabilir; araştırmacılar, yöntemlerinin yaşa bağlı hastalık ve belirtilerle bağlantılı diğer genler üzerinde de etkisi olduğunu gözlemlediler. Alzheimer hastalığı ile ilişkili APBA2 geni ve katarakt gelişiminde rol oynayan MAF geni, her ikisi de genç transkripsiyon seviyelerine doğru değişiklikler gösterdi.

Başarılı geçici yeniden programlamanın arkasındaki mekanizma henüz tam olarak anlaşılmamıştır ve bulmacanın keşfedilecek bir sonraki parçası olarak görülmektedir. Araştırmacılar, hücre kimliğini şekillendirmede yer alan genomun kilit alanlarının yeniden programlama sürecinden kaçabileceğini düşünüyorlar.

Diljeet, "Sonuçlarımız, hücreyi yeniden programlama anlayışımızda ileriye doğru atılmış büyük bir adımı temsil ediyor. Hücrelerin işlevlerini kaybetmeden gençleştirilebileceğini ve gençleştirmenin eski hücrelere bazı işlevleri geri kazandırmak gibi göründüğünü kanıtladık. Hastalıklarla ilişkili genlerdeki yaşlanma göstergelerinin tersini de görmemiz bu çalışmanın geleceği için özellikle umut verici” dedi.

Yakın zamanda Altos Labs Cambridge Enstitüsü'ne liderlik etmek üzere hareket eden Epigenetik araştırma programında bir grup lideri olan Profesör Wolf Reik, “Bu çalışmanın çok heyecan verici sonuçları var. Sonunda, yeniden programlama yapmadan gençleşen genleri tanımlayabilir ve özellikle yaşlanmanın etkilerini azaltmak için bunları hedefleyebiliriz. Bu yaklaşım, inanılmaz bir tedavi ufku açabilecek değerli keşifler için umut vaat ediyor” açıklamasında bulundu.

Makale: 

https://elifesciences.org/articles/71624