Çalışmasını Nature Communications bülteninde yayımlayan uluslararası bir araştırma takımı, eşi görülmemiş bir dönüm noktasına ulaştı: Geçmişi hayvanlardan bile öncesine uzanan ve ortak bir atayı paylaştığımız çok hücreli bir canlıdan aldıkları genetik araçları kullanarak, tümüyle gelişmiş bir fare meydana getirme kabiliyetine sahip fare kök hücreleri oluşturdular. Bu çığır açan gelişme, kök hücrelerin genetik kökenlerine dair bildiklerimizi yeniden şekillendiriyor ve hayvanlar ile onların tek hücreli antik akrabaları arasındaki evrimsel bağlara yeni bir bakış açısı getiriyor.
Londra Queen Mary Üniversitesinde çalışan Dr. Alex de Mendoza, Hong Kong Üniversitesinde çalışan araştırmacılarla ortaklaşa yürüttüğü ve kulağa bilim kurgu gibi gelen bir deneyde tek hücreli canlılar olan yakalı kamçılılardaki bir geni kullanarak kök hücre oluşturmuş. Bilim insanları daha sonra bu kök hücreleri kullanarak yaşayan ve nefes alan bir fare dünyaya getirmiş. Hayvanların yaşayan en yakın akrabaları olan yakalı kamçılıların genomları, memelilerdeki kök hücrelerde farklılaşmaya (hücrenin herhangi bir tipe dönüşme potansiyeli) yön verdiği bilinen Sox ve POU genlerinin versiyonlarını barındırıyor. Bu beklenmedik keşif, söz konusu genlerin özel olarak sadece hayvanlarda evrimleştiğine dönük uzun süredir var olan bir inanışa da meydan okuyor.
“Tek hücreli akrabalarımızdan elde ettiğimiz moleküler araçları kullanıp başarıyla bir fare meydana getirerek, yaklaşık bir milyar yıllık evrim boyunca sıra dışı bir işlev devamlılığına şahit oluyoruz” diyor Dr. de Mendoza. “Çalışma, kök hücre oluşumuna dahil olan kilit genlerin kök hücrelerden çok daha önce ortaya çıkmış olabileceğini ve belki de bugün gördüğümüz çok hücreli yaşamın yolunu açtığını akla getiriyor.”
2012 Nobel ödülünün sahibi Shinya Yamanaka, bir Sox (Sox2) ve bir POU (Oct4) geninin de dahil olduğu sadece dört faktörün ifade edilmesiyle “farklılaşmış” hücrelerden kök hücreleri elde etmenin mümkün olduğunu göstermişti. Bu yeni araştırmada, Dr. Ralf Jauch’un Hong Kong Üniversitesi Dönüşümsel Kök Hücre Biyolojisi Merkezindeki laboratuvarıyla ortaklaşa yürütülen bir grup deneyde araştırmacılar, yakalı kamçılıların Sox genlerini fare hücrelerine aktarıp doğal Sox2 geninin yerini alarak, farklılaşabilen kök hücresi durumuna doğru yeniden programlama yapmışlar. Yeniden programlanan bu hücrelerin etkinliğini doğrulamak için de onları gelişmekte olan bir fare embriyosuna enjekte etmişler. Ortaya çıkan kimerik fare, hem donör embriyosuna hem de laboratuvarda başlatılmış kök hücrelere ait siyah kürk bölgeleri ve koyu renkli gözler gibi fiziksel özellikler sergilemiş. Bu durum, bahsedilen antik genlerin kök hücreleri hayvanın gelişimiyle uyumlu hale getirmede çok önemli bir rol oynadığını doğruluyor.
Çalışmada, DNA’yı bağlayıp diğer genleri düzenleyen Sox ve POU proteinlerinin erken versiyonlarının, sonraları çok hücreli atalarca kök hücre oluşumu ve hayvan gelişiminin parçası haline gelecek işlevler yönünden nasıl kullanıldığının izi sürülüyor. Dr. de Mendoza şöyle açıklıyor: “Yakalı kamçılıların kök hücreleri yok, onlar tek hücreli canlılar fakat bu genlere sahipler. Bu genlerin amaçları çok hücreli hayvanlarda sonradan değişerek, kompleks yapılar inşa etmede temel hücresel süreçleri kontrol etmek için kullanılmış.”
Bu yeni fikir, genetik araçların evrimsel becerisini vurguluyor ve erken yaşam formlarının, gerçek çok hücreli canlılar ortaya çıkmadan uzun süre önce nasıl benzer mekanizmalardan yararlanarak hücre özelleşmesine yön vermiş olabileceğine ve evrimde geri dönüşümün önemine dair kısa bir bakış sunuyor.
Bu keşfin evrimsel biyolojinin ötesinde, muhtemelen yenileyici tıptaki yeni ilerlemelere bilgi sunma gibi sonuçları var. Bilim insanları kök hücre mekanizmasının nasıl evrimleştiğini daha iyi öğrenerek, kök hücre terapilerini en iyi hale getirmenin yeni yollarını belirleyebilir ve hastalıkların tedavisi ya da hasar gören dokuların onarılmasında yeniden programlanan hücreleri iyileştirebilir.
“Bu genetik araçların antik köklerini incelemek, farklılaşma mekanizmalarının nasıl değiştirilebileceğini veya en iyi hale getirilebileceğini daha net görerek yenilik meydana getirmemizi sağlıyor” diyor Dr. Jauch. Evrimsel biyolojinin ötesinde sonuçlar doğurabilecek bu keşif, rejeneratif tıpta yeni gelişmeler için katkı sağlayabilir. Bilim insanları kök hücre mekanizmasının nasıl evrimleştiğini daha iyi anlamamızı sağlayarak, kök hücre terapilerini en uygun hale getirmenin yeni yollarını belirleyebilir ve hastalıkları tedavi etmek ya da hasar görmüş dokuları onarmak için hücrelerde yeniden programlanma yöntemleri geliştirebilirler.
Dr. Jauch, bu genlerin yapay versiyonlarıyla deney yapılarak ortaya çıkarılabilecek ilerlemelerin belli bağlamlarda doğal hayvan genlerinden bile daha iyi performans gösterebileceğini belirtiyor.
Kaynak: Londra Queen Mary Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
