Embriyonik Gelişimin Tam Sürecinin İzlenmesi

Shafaq Zia

|

Whitehead Enstitüsü

Yayın Tarihi

Basın İletişimi:

Greta

Friar

E-posta:

Telefon:

617-324-7198

Whitehead Enstitüsü

Görsel Kaynağı: MIT News

Açıklama

Bu görselleştirme, fare embriyolarının soy ağaçlarını, tek bir hücreden kökte büyüyerek gösteriyor. Her dal bir hücre bölünmesini, renk ise gelişim evresini temsil ediyor.

Kaynak

Onlarca yıldır bilim insanları bir embriyonun gelişimindeki bireysel anlara bakabiliyor: gelişmekte olan bir beynin bir karesi, kalbin nasıl şekil aldığının bir görüntüsü ya da sinir sisteminin oluşumuna başlayan hücrelere kısa bir bakış.

Ama ya bu kareleri çekmek yerine tüm sürecin işleyişini izleyebilselerdi?

MIT Profesörü Jonathan Weissman’ın laboratuvarından çıkan yeni bir çalışma, Whitehead Biyomedikal Araştırmalar Enstitüsü üyesi ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü araştırmacısı olan Weissman’ın, bir memelinin hücreden hücreye nasıl inşa edildiğine dair şimdiye kadar görülen en detaylı görünümlerden birini sunuyor.

Yale Üniversitesi’nde Zachary Smith’in grubu ve Max Planck Moleküler Genetik Enstitüsü ile işbirliğiyle, 8 Ekim’de Cell dergisinde yayımlanan bu açık erişimli çalışma, uzun süredir parçalar halinde incelenen bir süreci kapsamlı biçimde ortaya koyuyor: tek bir döllenmiş yumurtadan, bir hayvanı inşa etmek için doğru yerlerde ve doğru zamanlarda yerleşmiş yüzlerce farklı hücre türünün nasıl ortaya çıktığı.

“Bu, genomdaki bilginin uzayda ve zamanda nasıl işleyerek lineer DNA‘dan üç boyutlu bir hayvana dönüştüğünü gösteren bir görünüm,” diyor Weissman.

Bu haritanın doğuştan gelen kusurlar ve kanser anlayışında geniş etkileri olabilir. Doğuştan gelen kusurlar, hücreler dokular ve organlar inşa edilirken yön değiştirince ortaya çıkabiliyor. Tipik gelişimin detaylı bir haritası, araştırmacılara bu süreçlerin nerede ve ne zaman yolundan çıkabildiğini belirlemekte yardımcı olabilir. Kanserde ise aynı yaklaşım, bilim insanlarına hücrelerin yayılma ya da tedaviye direnme gibi özellikleri ne zaman edindiğini izlemekte yardımcı olabilir.

Harita, olgun ve işlevsel hücre tiplerine yol açan hücre durumları dizisini ortaya çıkararak kök hücre araştırmalarını da yönlendirebilir.
1980’lerde bilim insanları, şeffaf vücudu yalnızca yaklaşık 1.000 hücre içeren küçük bir solucan olan Caenorhabditis elegans‘in gelişimini titizlikle izleyerek benzer bir alana girdiler. Mikroskobi kullanarak bireysel hücrelerin nasıl bölündüğünü ve soylarının nereye yerleştüğünü takip edebildiler. Ancak memelilerde benzer bir başarı, çok daha farklı bir ölçekte bir meyokuydu. Memeli embriyoları çok daha fazla hücre içerir, rahim içinde — görünmez biçimde — gelişir ve tamamen önceden belirlenmiş bir programa göre ilerlemez.
Yeni çalışma, bu zorluğu Weissman Laboratuvarında geliştirilen PEtracer adlı bir teknoloji kullanarak ele alıyor. Sistem, hücrenin içindeki bir uçuş kaydedicisine benzer biçimde işler. PEtracer, DNA’da hücreler bölünürken aktarılan küçük, kalıtsal değişiklikler yapar. Bu değişiklikler daha sonra okunarak bilim insanları geriye dönük olarak hangi hücrelerin hangi atalardan geldiğini yeniden inşa edebilir; böylece gelişmekte olan embriyodaki hücreler için temelde bir soy ağacı oluşturur.

Bu çalışmada araştırmacılar, bu soy ağaçlarını, her hücrede hangi genlerin açık olduğuna dair bilgilerle ve bu hücrelerin embriyoda nerede bulunduğuna dair verilerle birleştirdi. Gelişimin farklı aşamalarında toplanan fare embriyolarından milyonun üzerinde hücreyi analiz ederek, hücrelerin nereye yerleştiklerini izmenin ötesinde, belirli bir kadere doğru ne zaman yön almaya başladıklarını da takip edebildiler.

Washington Üniversitesi’nden Jay Shendure’un grubundan, aynı anda Science dergisinde yayımlanan yeni bir çalışma, gelişmekte olan fare embriyolarındaki hücre bölünmelerini izlemek ve hücre tarihinin bir kaydını oluşturmak için DNA Typewriter adlı ilgili bir yaklaşım kullanıyor.

Her iki çalışma da memeli gelişimine, daha öncekinden çok daha kapsamlı bir bakış sunuyor. Weissman ekibi ise embriyoları, gelişimin birbirine yakın aşamalarında inceledi; her aşamada birden fazla embriyo analiz etti. Bu onlara gelişimin nasıl işlediğine dair daha detaylı bir resim verdi ve hücrelerin bir embriyodan diğerine aynı yolları ne kadar tutarlı biçimde izlediği sorusunu sorabilmelerini sağladı.

Bu ayrıntılı zaman çizelgesi sayesinde araştırmacılar, hücrelerin belirli bir kaderi seçtikleri anı, erken evre hücrelerinden kaçı tanesi bir doku oluşturduğunu ve sonunda gelişmekte olan orga nasıl katkı sağladıklarını belirleyebiliyor.

Önceki çalışmalar genellikle tek bir hücre popülasyonuna odaklanırken, bu yaklaşım bu bireysel süreçleri tüm gelişmekte olan canlının bağlamına yerleştiriyor; hastalıkları anlamada özellikle yararlı bir bakış açısı sunuyor.

Örneğin kanser tek bir olay değil, hücrelerin zamanla yayılma veya tedaviye direnme gibi yeni özellikler edinmesiyle ilerleyen bir süreçtir. Bir ata haritası, araştırmacıların bu özelliklerin ne zaman ortaya çıktığını ve hücreler bunları edinirken nasıl değiştiğini izlemelerine olanak tanıyabilir.

“Gelişim ve kanser, hücrelerin ne olacağına dair aldıkları kararlara dayanıyor,” diyor Weissman Laboratuvarı’nda çalışan doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk iki yazarından biri olan Luke Koblan. “Fare embriyolarında hücrelerin gelişimini izleyerek, kanser hücrelerinin yayılmaya veya tedaviye direnmeye yardımcı olacak şekilde nasıl değiştiğini daha iyi anlamayı umuyoruz.”

Bu çalışma, kök hücre araştırmaları için yeni bir rehber de sağlayabilir. Bilim insanları, yıllardır kök hücreleri araştırma veya olası tedaviler için belirli hücre tiplerinin olgun, işlevsel sürümlerine yönlendirmeye çalışıyor. Ancak embriyodaki kesin koşulları yeniden üretmek zordur.

“Vücuttaki her hücre tipinin nasıl oluşturulduğuna dair adım adım bir tarif elde edebilseydik,” diyor doktora öğrencisi ve makalenin ilk iki yazarından biri olan William Colgan, “bu, kök hücre biyolojisi için inanılmaz derecede güçlü olurdu.”

Weissman, bu çalışmayı İnsan Genomu Projesi’ne benzetiyor: İnsan genomunun dizilimini bilmek, bilim insanlarına bir canlıyı inşa etmek için gereken malzemeleri — ancak bu malzemelerin nasıl kullanılacağına dair talimatları — vermişti.

“Genom, dört yemeklik bir akşam yemeğinin malzeme listesi gibidir,” diyor. “Sana malzemelerin neler olduğunu söyler, ancak hangilerini ne zaman, ne kadar kullanacağın veya onları nereye koyacağın konusunda sana bir şey söylemez. Tarif olmadan, bu malzemelerin nasıl bir yemeğe dönüşebileceğini bilmek imkânsızdır.”

Bu yeni harita, o eksik reçetenin ayrıntılarını doldurmaya başlıyor. Elde edilen sonuç, araştırmacıların memelilerde gelişimi tamamen yeni bir şekilde incelemelerini sağlayacak bir kaynak niteliği taşıyor. Gelişim, ayrı süreçlerin bir koleksiyonu olarak değil, bilim insanları artık bu süreçlerin nasıl tek bir gelişen hikâye içinde birbiriyle uyum içinde işlediğini görmeye başlıyor.

Bu haber makalesini paylaş:

• X
• B

Makale: “Comprehensive lineage tracing maps the landscape of cell fate decisions in mouse embryogenesis”

İlişkili Bağlantılar

• Jonathan Weissman
• Whitehead Institute for Biomedical Research
• Department of Biology
• School of Science

• Research
• Cells
• Biology
• Neuroscience
• Stem cells
• Disease
• Cancer
• School of Science
• Whitehead Institute
• Howard Hughes Medical Institute (HHMI)