Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde (MIT) çalışan bilim insanları, dün yayımlanan araştırmalarında hücrelerin bölünmeden önce biraz temizlik yapıp artık ihtiyaçları olmayan molekülleri attıklarını keşfetmişler.
Hücrelerin kuru ağırlıklarını ölçmek için geliştirilen yeni bir yöntem kullanan araştırmacılar, hücrelerin bölünmeye girmeden önce kütlelerinin yaklaşık yüzde 4’ünü kaybettiğini bulmuşlar. Araştırmacılara göre bu çöp boşaltma işlemi, yeni nesil hücrelere ebeveyn hücrede biriken çöpler olmadan “taze bir başlangıç” sunmaya yardımcı oluyor.
MIT’de çalışan araştırmacı bilim insanı ve yeni çalışmanın baş yazarı Teemu Miettinen, “Hipotemize göre hücreler biriken şeyleri, toksik bileşikleri veya yalnızca düzgün çalışmayan, orada olmasını istemediğiniz şeyleri dışarı atıyor olabilir” diyor. “Bu durum, yeni oluşan hücrelerin daha işlevsel içeriklerle doğmasına olanak sağlayabilir.”
MIT Biyolojik Mühendislik ve Makine Mühendisliği bölümlerinde mühendislik profesörü ile Koch Bütüncül Kanser Araştırmaları Enstitüsünün üyesi olan Scott Manalis, dün eLife bülteninde yayımlanan makalenin kıdemli yazarı. Diğer yazarlar arasında ise MIT biyolojik mühendislik bölümünde yüksek lisans öğrencileri olan Kevin Ly ve Alice Lam bulunuyor.
Kütlenin ölçülmesi
Bir hücrenin kuru kütlesi (su haricinde hücre içeriklerinin ağırlığı), nicel faz mikroskobisi adı verilen bir mikroskobi yöntemi kullanılarak ölçülüyor. Bu yöntemde hücrenin ne kadar büyüdüğü ölçülebiliyor fakat kuru kütlenin moleküler içeriği hakkında bilgi elde edilmiyor. Yöntemin askıda büyüyen hücrelerle kullanılması da kolay değil.
Manalis’in laboratuvarı, daha önce hücrelerin yüzen kütlesini (hücrelerin su gibi bir sıvıda yüzerkenki ağırlıklarını) ölçmek üzere bir yöntem geliştirmiş. Bu yöntemde hücreler titreşen bir sundurmanın içerisindeki kanaldan geçirilerek, hücrelerin yüzen kütlesi ölçülüyor. Bu işlemin tekrar tekrar yapılmasıyla, belli bir hücrenin kütlesinde saatler veya günler boyunca gerçekleşen değişimler takip edilebiliyor.
Araştırmacılar yeni çalışmalarında bu yöntemi kullanmak istemiş. Yöntem sayesinde hücrelerin kuru ağırlığı yanında, kuru kütlenin yoğunluğu da hesaplanabilecekmiş. Yaklaşık 10 yıl önce, hücreyi ilk önce normal suda ölçüp daha sonra ağır suda (sıradan hidrojen yerine döteryum içeren su) ölçmeleri halinde bir hücrenin kuru kütlesini hesaplayabileceklerini keşfetmişler. Bu iki ölçüm, hücrenin kuru kütlesini hesaplamada kullanılabiliyor.
Fakat ağır su hücreler için toksik özellikte. Bu yüzden araştırmacılar, hücre başına sadece tek bir ölçüm elde edebilmişler. Geçen yıl Miettinen, hücrelerin ağır suya en az maruziyetle tekrar tekrar ölçülebileceği bir sistemin tasarlanıp tasarlanamayacağını bulmaya koyulmuş.
Bulduğu sistemde hücreler, mikro akışkan kanallardan geçerken ağır suya çok kısa süreliğine maruz kalıyor. Bir hücrenin su içeriğinin tamamen değişmesi yalnızca bir saniye sürüyor. Dolayısıyla araştırmacılar ağır suyla dolu olduğu sırada hücrenin kütlesini ölçebiliyor, bunu normal sudaki kütleyle karşılaştırabiliyor ve sonra kuru kütleyi hesaplayabiliyorlar.
“Bizim düşüncemiz, hücrelerin ağır suya en az derecede maruz kalmasını sağladığımız takdirde sistem üzerinde mühendislik uygulayabileceğimiz ve böylelikle bu ölçümü, hücreye zarar vermeden uzun dönemler boyunca tekrarlayabileceğimiz yönündeydi” diyor Miettinen. “Böylece ilk defa bir hücrenin yalnızca kuru ağırlığını değil, ki diğerleri bunu mikroskobik yöntemlerle yapıyor; kuru kütlenin yoğunluğunu da ölçmeyi başardık. Bu sayede hücrenin biyomoleküler bileşimi hakkında bilgi edindik.”
Araştırmacılar yaptıkları kuru kütle ölçümlerinin, nicel faz mikroskobisiyle yapılan önceki çalışmalarla nicel bir uyum sergilediğini göstermişler. MIT’deki araştırma takımın bu yöntemi, kuru kütlenin yoğunluğunu sunmanın yanında daha yüksek zamansal çözünürlük de sağlıyor ki bu durumun, mitoz (hücre bölünmesi) esnasındaki dinamiklerin ortaya çıkarılmasında yararlı olduğu görülmüş.
Dışarı atılan çöp
Yeni yöntemlerini mitoz bölünme geçiren hücreler üzerinde kullanan araştırmacılar, bu süreçte hücrenin kütlesi ve bileşimine neler olduğunu incelemeye başlamışlar. 2019 yılında yayımlanan bir makalede Miettinen ve Manalis, yüzer kütlenin mitoz başladığı zaman hafif şekilde arttığını keşfetmiş. Fakat nicel faz mikroskobisinin kullanıldığı diğer çalışmalar, hücre bölünmesinde hücrelerin kuru ağırlıklarını koruyabileceğini veya erkenden kaybedebileceğini göstermiş.
Yeni çalışmada ise MIT takımı, sağlıklı hücrelerden daha sık bölündükleri için daha kolay çalışma yürütülen üç tip kanser hücresini ölçmüş. Hücreler hücre bölünme döngüsüne girdiklerinde, hücrelerin kuru kütlesinin aslında azaldığı bulunmuş. Bu kütle daha sonra, bölünme tamamlanmadan önce yeniden kazanılmış.
Yapılan ilave deneylerde, hücreler mitoz bölünmeye girdiklerinde lizozomsal molekül çıkarımı adı verilen bir süreçte faaliyet olduğu tespit edilmiş. Lizozomlar, hücresel atık ürünleri parçalayan veya geri dönüştüren hücre organelleri. Eksositoz veya molekül çıkarımı ise artık ihtiyaç duyulmayan moleküllerin atıldığı bir işlem.
Araştırmacılar, hücreler kuru kütle kaybettikçe kuru kütlenin yoğunluğunun da arttığını keşfetmiş. Bu durum, hücrelerin lipit veya lipoprotein gibi düşük yoğunluklu molekülleri kaybettiğini düşünmelerine yol açmış. Araştırmacıların hipotezine göre hücreler bu süreci, bölünmeden önce toksik molekülleri temizlemek için kullanıyorlar. “Bizim gördüğümüz, hücrelerin bölünmeden önce hasarlı bileşenleri atmaya çalışıyor olabileceği” diyor Miettinen.
Araştırmacılar bulguların, bölünmeyen hücre tipleri olan nöronlarda Tau veya amiloid beta gibi zehirli proteinlerin neden daha fazla birikebildiğini açıklamaya yardımcı olabileceğini düşünüyor. Söz konusu proteinler Alzheimer hastalığının gelişimiyle ilişkilendiriliyor.
Bulgular kanserle de alakalı olabilir: Kanser hücreleri, eksositoz yardımıyla bazı kemoterapi ilaçlarını dışarı atabiliyor ve bu sayede ilaçlara karşı daha dirençli hale gelebiliyorlar. Teoride hücre bölünmeden önce eksositozun gerçekleşmesini önlemek, kanser hücrelerini bu gibi ilaçlara karşı daha savunmasız hale getirebilir.
“Bunlar, eksositozu yukarı yönlü regüle etmek isteyebileceğimiz hastalıklar; örneğin nörodejeneratif hastalıklarda” diyor Miettinen. “Fakat kanser gibi hafifletmek isteyebileceğimiz hastalıklar da var. Gelecekte bunun ardındaki moleküler işleyişi daha iyi anlayabilir ve bunu mitoz dışında tetikleyebilecek veya mitoz sırasında önleyebilecek bir yol bulabilirsek, hastalıklara tedavi uygularken kullanabileceğimiz yeni bir yöntem elde edebiliriz.”
Yazar: Anne Trafton/Massachusetts Teknoloji Enstitüsü. Çeviren: Ozan Zaloğlu.,
