Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (KAIST) çalışan matematikçiler ve Florida State Üniversitesi’nde çalışan ortakları, yaşlanma ile demans ve obezlik gibi hastalıkların uyku bozukluklarına nasıl sebep olduğunu belirlemişler. Matematiksel modelleme ile deneylerin birleştirilmesi; yaşlanma, demans ve/veya obezliğin sebep olduğu sitoplazmik tıkanıklığın insan vücudundaki sirkadiyen ritimleri bozduğunu ve düzensiz uyuma-uyanma döngülerine yol açtığını göstermiş. Geçen hafta PNAS bülteninde yayımlanan bulgular, istikrarsız uyuma-uyanma döngülerini ele alacak yeni tedavi stratejileri öneriyor.
İnsan vücudu uyku zamanlarını, süre tutma sistemimiz olan ‘sirkadiyen saatiyle’ düzenlenen ‘sirkadiyen ritimleri’ ile uyumlu şekilde ayarlıyor. Bu saat, PERIOD (PER) adı verilen bir proteinde 24 saatlik ritimler oluşturarak, vücudumuza ne zaman dinleneceğini söylüyor.
PER proteininin miktarı, günün yarısı boyunca artıyor ve ardından geri kalan yarısında azalıyor. Birkaç saat boyunca sitoplazmada biriken PER proteinleri, hücre çekirdeğinde hep birden giriyor ve PER genlerinin yazılmasına engel olarak, PER miktarını azaltıyor.
Fakat binlerce PER molekülünün, çeşitli maddelerin aynı anda var olabildiği kompleks bir hücre ortamında çekirdeğe nasıl eş zamanlı şekilde girebildiği ve PER hareketine engel olabildiği gizem olarak kalmış. Bu durum, büyük bir şehrin tamamındaki binlerce çalışanın, bir iş yeri binasına her gün aynı zamanda girmesine benziyor.
KAIST Matematik Bilimleri Bölümü’nde çalışan Profesör Jae Kyoung Kim’in önderliğindeki bir araştırma grubu, PER moleküllerinin bir hücre ortamındaki hareketini tanımlayan uzam-zamansal ve olasılıksal bir model geliştirerek bu gizemi çözmüşler.
Ortak araştırma takımının uzamsal stokastik modeli, hücrelerdeki PER moleküllerinin hareketini tarif ediyor ve PER moleküllerinin eş zamanlı şekilde fosforlanarak çekirdeğe hep beraber girmesi için, hücre çekirdeğinin etrafında yeteri kadar yoğunlaşması gerektiğini gösteriyor. Bu fosforlanlanma senkronizasyonu anahtarı sayesinde, binlerce PER molekülü çekirdeğe her gün aynı zamanda girebiliyor ve istikrarlı sirkadiyen ritimleri sağlayabiliyor.
Fakat yeni araştırmanın ortaya çıkardığına göre yaşlanma ve/veya demans ile obezliğin de içerisinde bulunduğu hastalıklar, sitoplazmanın protein birikimleri ve yağ kofulları gibi sayıları artan sitoplazmik engeller ile tıkanmasına sebep olduğu zaman; bu durum hücre çekirdeği etrafındaki PER moleküllerinin zamanında yoğunlaşmasını engelliyor. Bunun sonucunda fosforlanma senkronizasyonu anahtarı çalışmıyor ve PER proteinleri çekirdeğe düzensiz zamanlarda girerek, sirkadiyen ritimleri ile uyku-uyanma döngülerini istikrarsız hale getiriyor.
Profesör Kim şöyle söylüyor: “Bir matematikçi olarak, düzensiz uyku-uyanma döngülerinden muzdarip pek çok hastanın hayatını iyileştirebilecek yeni tedavi stratejilerinin gelişmesini sağlamaya yardımcı olmak bana heyecan veriyor. Bulguları bir fırsat şeklinde değerlendirerek, matematik ile biyolojik bilimler arasında daha fazla karşılıklı fikir alışverişi ve işbirliği görmeyi umuyorum.”
Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü. Ç: O.
