Anasayfa
tarafından heavenskhan Salı Haz. 01, 2010 8:56 pm[Linkleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]
Aynaya baktığınızda ne görürsünüz? Birbirinin hemen hemen aynısı iki kulak, iki göz, iki kol ve iki bacakÉ
Görüntümüz baştan sona çarpıcı bir simetriyi yansıtır; sağ tarafımız
sol tarafımızın yansımasıdır. Ama bu yalnızca görünüşte! Çünkü
vücudumuzun içinde her şey çok farklı.
Ama bu yalnızca görünüşte! Çünkü vücudumuzun içinde her şey çok
farklı: Kalp, dalak ve pankreas solda, safra kesesi ve karaciğer sağda…
Hatta akciğer gibi çift organlar da sağ ile sol arasında morfolojik
farklılıklar sergilerler: Sağ akciğer için üç lob ve sol için de iki
lob. Bağırsak da sürekli aynı yönde dolandığından yanaldır.
Peki nasıl oluyor da, başlangıçta bütünüyle simetrik olan embriyon
sağı soldan ayırıp organlarını yanlamasına dizebiliyor?
Bilim adamları uzun zamandır bu sırrı çözmeye çalışıyorlardı. Ve
nihayet amaçlarına ulaştılar. Son yıllarda, bu organizasyonun,
embriyonun birkaç hücresinin yüzeyindeki küçük kirpikler tarafından
gerçekleştirilen rotasyon hareketlerinin sonucu olduğunu belirlediler.
Kararlı bir rotasyon
Nice Ğ Sophia Üniversitesi’nde gelişim biyolojisi ve kanser
araştırma, işaretleme enstitüsünü yöneten Stephane Noselli, 2004
yılından beri yapılan araştırmaların, simetriyi kıran bir yapı olarak
kirpiklerin rolünü gittikçe daha fazla kanıtladığına dikkat çekiyor.
Bu son derece hassas mekanizmanın inceliklerinin keşfini büyük
ölçüde Tokyo Üniversitesi’nde anatomi ve hücre biyolojisi bölümünden
Nobutaka Hirokawa ve ekibine borçluyuz.
Bu çok hassas süreçlerle ilgili bilgilerimizi derinleştirerek, bilim
adamları iç asimetrimizin ve bununla bağlantılı olabilecek
patolojilerin sırrını aydınlatıyorlar.
Genetik hastalık çözdü
Her şey otuz yıl kadar önce, Kartagener sendromu olarak bilinen,
ender rastlanan genetik bir hastalığa yakalanan kişilerin incelenmesiyle
başladı.
Lyon-1 Üniversitesi’nden genetik kardiyolog Partice Bouvagnet bu
hastalığı, spermlerin kamçılarının da tutulabildiği, solunum mukoza
kirpiklerinin işlev bozukluğu olarak tanımlıyor.
Bu hastalığın en tuhaf yanı ise, kişilerde organların yer
değiştirmesine neden olması; tıpkı aynadaki gibi kalp sağa, karaciğer
sola v.s. kayıyor.
Bu da hücre kirpiklerinin kişide sağ-sol ekseninin bozulmasında
kilit rol oynayabileceğinin işareti olarak yorumlandı. Bundan sonra ise
geriye, tam olarak hangi kirpiklerin söz konusu olduğu ve bunların
gelişimin hangi aşamasında devreye girdiklerini anlamak kalıyordu.
Herşey “düğüm”le başlıyor
Son on yılda fare üzerinde yapılan sayısız araştırma ve özellikle
de, aynı zamanda hem kirpikleri hem de iç asimetriyi etkileyen
mutasyonların incelenmesi bu asimetrinin nerede başladığının
keşfedilmesini sağladı.
Her şey “düğüm” düzeyinde başlıyor; bu düğüm, gastrülasyon olarak
adlandırılan, embriyonun gelişiminin erken bir evresinde (2 hafta),
ventral kutupta oluşan geçici, küçük bir çöküntü.
Bu aşamada, embriyon hala tam olarak simetriktir ve sırtın, karnın,
başın ve ayakların neye dönüşeceğine karar vermiştir. Bu düğüm, her
biri birer kirpikle donanmış, son derece sıkışık 200 ila 300 hücreden
oluşur.
Gizemli sinyal
Ancak 1998 yılında Hirokawa ekibinden Shigenori Nonaka
video-mikroskopi sayesinde bunun herhangi bir kirpik olmadığını
belirledi. Nedeni ise, önden arkaya doğru açık kapanan organizmamızın
(iç kulak, solunum mukozalarıÉ) klasik kirpiklerinin tersine, düğüm
kirpiklerinin moleküler yapıları nedeniyle, saatin akrep ve yelkovanı
doğrultusunda dönmeleridir.
Shigenori Nonaka embriyonun simetrisini bu hareketin bozup
bozmadığını anlamak amacıyla düğümü yıkayan embriyon dışı sıvıya
floresan bilyeler ekleyip kımıldamalarını seyretti.
Ve işte sürpriz: Hepsi aynı doğrultuda, sola doğru hareket ediyordu.
Bu ilginç fenomen bilim adamları tarafından “düğümlü akım” olarak
adlandırıldı.
Bu akım oldukça belirleyiciydi: Kirpiklerin dönerken meydana
getirdikleri bu akım embriyonu asimetrik kılmak amacıyla soluna gizemli
bir sinyal gönderiyordu.
Peki ama niye sol?
Bununla birlikte ufak bir sorun söz konusu: Bir rotasyon hareketinin
bir tarafta akım yaratırken diğer tarafta yaratmaması için hiçbir
neden yok.
Nobutaka Hirokawa’nın ekibi geçen yıl ultra hızlı kamera sayesinde
bu baş ağrıtan sorunu çözmeyi başardı. Rotasyon eksenini üç boyutlu
inceleyen ekip, bunun 40 derece embriyonun arkasına yönelmiş olduğunu
belirledi.
Kirpikler embriyonun iç simetrisini nasıl kırıyorlar?
Embriyon gelişiminin ilk iki haftasında tamamen simetriktir. Simetri
kırılması embriyonun yüzeyindeki çukur olan ventral düğümde meydana
gelir. Bu düğüm kirpikli hücrelerden oluşmuştur. Bu kirpikler sıvıyı
karıştırıp embriyonun soluna iterek morfojen moleküllerin
konsantrasyonunu sağlarlar.
1 Kabarcıklar meydana gelir
Düğümün hücreleri organların konumunda rol oynayan morfojen
kabarcıkları serbest bırakırlar.
2 Kirpikler harekete geçer
Bir saatin akrep ve yelkovanı doğrultusunda dönen kirpikler
kabarcıkları sola doğru iterler.
3. Kabarcıklar solda birikir
Kabarcıklar solda birikerek kirpiklerin karşısında patlar ve
morfojenleri salıverir.
4. Simetri kırılır
Morfojenler hücre içinde asimetriye yol açan bir dizi olayı
tetiklerler
Başka bir deyişle, kirpik eğer embriyon yüzeyinden uzakta dikilmişse
etkili bir harekete yol açıyor; düğümün hücrelerine sürtündüğünde ise,
etkisiz bir hareket onu izliyor. Sonuçta da, embriyonun soluna doğru,
sağdakine kıyasla çok daha önemli bir akım oluşuyor. Peki tüm bunlar
asimetriyi açıklıyor mu?
Bu akımın organların yanlamasına sıralanmasını nasıl
gerçekleştirdiği tam olarak bilinmediği için bu soruya kesin bir evet
yanıtı verilemiyor.
İki model
Ancak yine bu konuda da son sözü 2005 yılında Nobutaka Hirokawa
söyledi. Japon araştırmacı kirpikli hücreleri inceleyebilmek amacıyla
bunları hücre zarının lipidlerine bağlanan floresan bir maddeyle
belirginleştirdi.
Kendisi araştırmalarıyla ilgili şu açıklamalarda bulunuyor: “Sadece
düğüm hücrelerini incelemeyi düşünürken, o zamana kadar bilinmeyen bir
madde olan, çapları 0.3 ila 5 mikrometre arasında değişen ve sola düğüm
akımıyla iletilen küçük kabarcıklar belirledik.”
Hirokawa bunları NVP (Düğüm kabarcık parçacıkları) olarak
adlandırıyor. Bu keşif tam da, düğüm akışının asimetriyi nasıl
tetiklediğini açıklamak için iki modelin çarpıştığı bir döneme denk
geldi.
Birinci senaryoya göre, bu akım düğümün çevresindeki kirpikler
tarafından tamamen mekanik bir şekilde hissediliyor; ikinci model ise,
bu akımın o zamana kadar bilinmeyen morfojen (canlılarda dış şekillerin
oluşumu;ç.n.) molekülleri embriyonun solunda topladığını öngörüyor.
Morfojen hipotezi
Nobutaka Hirokawa, keşfettikleri düğüm kabarcık parçacıklarının
morfojen molekül hipotezini güçlendirdiğini belirityor. Hirokawa’ya
göre, düğümün her bölgesinden yayılan bu kabarcıklar daha sonra düğüm
akımı tarafından embriyonun sol tarafına taşınıyorlar.
Burada da patlayıp içlerindeki Sonic Hedgehog ve retinoik asit
moleküllerini salıveriyorlar. Bu ikisi de organların asimetrik
sıralanmasında rol oynuyor.
Bu moleküller hücre içi kalsiyum düzeyini yükseltirken, bunu
genlerin asimetrik aktivasyonu izliyor. Embriyonun organojenez olarak
adlandırılan (5-8 hafta) gelişim sürecinde bu genlerin ürünleri
organların yerleşimini belirliyorlar.
Nobutaka Hirokawa, memelilerdeki asimetrinin sayısız hücre sürecinin
koordinasyonunun iyi bir örneğini oluşturduğunu kaydediyor.
Böylece göz açıp kapayıncaya kadar geçen sürede, kirpikler kalbi
sola yerleştiriyor. Daha sonra diğer kilit işlevleri yerine getirmek
üzere başka kirpikler devreye giriyor; bu işlevler, nöronlara yer
değiştirtmek, solunum yollarını artıklardan temizlemek ve spermlerin
devinimini sağlamak olarak sıralanabilir.
Sorular sorular
Creteil’de (Fransa) Mondor Enstitüsü’nde moleküler tıp araştırmacısı
olan Estelle Escudier, kirpiklerin yaşamın sayısız evresi için gerekli
olan, aşırı karmaşık bir hücre aracı olduğunu söylüyor.
Nitekim Kartagener sendromunda da görüldüğü gibi, bir tek genin
mütasyonunun solunumdan üremeye ya da iç asimetriye kadar geniş bir
yelpazeyi etkileyen değişik patolojilere niçin yol açtığı daha iyi
anlaşılıyor.
Ancak asimetri kanıt olmak bir yana bir dizi soruyu beraberinde
getiriyor; bunlardan birincisi de asimetrinin niçin belli bir yönünün
olduğu?…
Ayrıca evrim niçin asimetrinin bir biçimine yeşil ışık yakarken
diğerini bertaraf etti? Daha temel bir soru ise şu: Hayvanlar niçin
vücudun diğer taraflarında olduğu gibi iki yanlı bir simetri yerine iç
bir asimetriye yöneldiler?
Bu sırların çözülmesi için embriyonda asimetrinin belirlenmesinde
rol oynayan moleküler, genetik ve biyokimyasal süreçlerin daha iyi
anlaşılması gerekiyor