Haber | California Üniversitesi bilim insanları, doğurganlık araştırmalarına yeni yollar açan ‘programlanabilir embriyo modelleri’ ile erken gelişimi yeniden oluşturdu
Haber | California Üniversitesi bilim insanları, doğurganlık araştırmalarına yeni yollar açan ‘programlanabilir embriyo modelleri’ ile erken gelişimi yeniden oluşturdu
Tek bir hücrenin döllenmeden sonraki ilk günlerde eksiksiz bir organizmaya nasıl dönüştüğü, bilimin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor. Erken memeli gelişimi rahim içinde gerçekleştiğinden, araştırmacılar uzun süredir doğrudan gözlem veya müdahalede zorlanıyor; bu da embriyo gelişiminin neden bazen başarısız olduğuna dair anlayışı sınırlıyordu.
California Üniversitesi, Santa Cruz'daki öncü bir çalışma bu sınırlamayı aşıyor. Araştırmacılar, gerçek embriyolar kullanmadan gelişmiş CRISPR teknolojisinden yararlanarak laboratuvarda erken gelişimin temel aşamalarını yeniden üreten, kendi kendine organize olan “programlanabilir embriyo modelleri”ni, yani embriyoidleri oluşturdu. Çalışma Cell Stem Cell'de yayımlandı.
“Erken gelişim bozukluklarına yönelik araştırmaları ilerletmek için embriyo oluşumu gibi doğal olguları laboratuvar ortamında yeniden oluşturmak, hatta değiştirmek istiyoruz.”
—UC Santa Cruz'da biyomoleküler mühendislik yardımcı doçenti ve sorumlu yazar Ali Shariati
Kök hücrelerin CRISPR ile programlanması
Çalışma, laboratuvar farelerinden elde edilen kök hücreleri kullanılarak doktora sonrası araştırmacı Gerrald Lodewijk ve şimdi Caltech'te lisansüstü öğrenci olan mezun Sayaka Kozuki tarafından ortaklaşa yürütüldü. Kök hücreler boş bir tuval gibidir ve teorik olarak beyin ya da bağırsak hücreleri dahil her türlü hücre tipine dönüşebilir.
Ekip, daha nazik bir CRISPR varyantı olan CRISPR aktivasyon sistemini (CRISPRa) kullandı. DNA'yı kesmek yerine, embriyonik gelişim için gerekli gen bölgelerini düzenler ve etkinleştirir. Bu hassas etkinleştirme, kök hücrelerin farklı ilkel embriyonik hücre tipleri üretmesini sağlar.
Lodewijk, “Dışarıdan bir uyarıcı eklemek yerine, hücrelerin zaten sahip olduğu genetik anahtarları etkinleştiriyor ve gelişim yolculuğuna nasıl başlayacaklarını belirlemelerine izin veriyoruz,” diye açıkladı.
Kök hücrelerin 80%’den fazlası günler içinde kendiliğinden erken embriyolara benzeyen yapılar halinde organize oldu ve doğal embriyolarla yakından eşleşen gen ifade programlarını başlattı.
“Kendi kendine organizasyon dikkat çekici ölçüde benzer. Hücreler ne yapacaklarını biliyor gibi görünüyor; onlara yalnızca nazikçe yön vermemiz gerekiyor.”
—Ali Shariati
Erken yaşamın kendini nasıl organize ettiğini gözlemlemek
Embriyoid hücreler kültürde toplu davranışlar sergiledi; buna, kuş sürüsünün düzenli hareketi gibi tanımlanan dönerek göç de dahildi ve sonuçta dikkat çekici erken embriyonik örüntüler oluştu.
Farklı hücre tiplerinin üretimini zorlamak için kimyasallar kullanan önceki yöntemlerin aksine, bu çalışma vücuttaki doğal embriyonik gelişime daha çok benzeyen ortak gelişimi vurguladı.
“Hücreleri tek tek oluşturmuyoruz. Gerçek bir embriyoda olduğu gibi birlikte büyümelerine ve birbirlerini etkilemelerine izin vererek komşu hücreler olarak biyolojik hafızalarını yeniden oluşturuyoruz.”
—Shariati
Programlanabilir modeller gelişim kusurlarının nedenlerini ortaya çıkarabilir
Bu embriyo modellerinin başlıca avantajı yüksek düzeyde programlanabilir olmalarıdır. Araştırmacılar yaşamın en erken aşamalarını inceleyebilir ve hücre tiplerinde, doku organizasyonunda veya embriyonun tamamında hangi değişikliklerin başarısızlığa yol açtığını gözlemlemek için genleri kasıtlı olarak açıp kapatabilir.
Bu yaklaşım, gerçek embriyo kullanmadan gelişimsel anomalileri modellemek için güçlü bir platform sunar.
Teknoloji, zamanla insanlar dahil başka türlere de uygulanabilir; böylece bilim insanlarının erken dönem insan embriyolarının neden sıklıkla rahme tutunamadığını veya gelişemediğini araştırmasına yardımcı olabilir. Shariati şunları söyledi: “Yaşamın başlangıcındaki darboğazları artık daha net görebiliyoruz; bu, insan üreme başarısını iyileştirmek açısından son derece önemlidir.”
Haber | California Üniversitesi bilim insanları, doğurganlık araştırmalarına yeni yollar açan ‘programlanabilir embriyo modelleri’ ile erken gelişimi yeniden oluşturdu
Haber | California Üniversitesi bilim insanları, doğurganlık araştırmalarına yeni yollar açan ‘programlanabilir embriyo modelleri’ ile erken gelişimi yeniden oluşturdu
Tek bir hücrenin döllenmeden sonraki ilk günlerde eksiksiz bir organizmaya nasıl dönüştüğü, bilimin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor. Erken memeli gelişimi rahim içinde gerçekleştiğinden, araştırmacılar uzun süredir doğrudan gözlem veya müdahalede zorlanıyor; bu da embriyo gelişiminin neden bazen başarısız olduğuna dair anlayışı sınırlıyordu.
California Üniversitesi, Santa Cruz'daki öncü bir çalışma bu sınırlamayı aşıyor. Araştırmacılar, gerçek embriyolar kullanmadan gelişmiş CRISPR teknolojisinden yararlanarak laboratuvarda erken gelişimin temel aşamalarını yeniden üreten, kendi kendine organize olan “programlanabilir embriyo modelleri”ni, yani embriyoidleri oluşturdu. Çalışma Cell Stem Cell'de yayımlandı.
“Erken gelişim bozukluklarına yönelik araştırmaları ilerletmek için embriyo oluşumu gibi doğal olguları laboratuvar ortamında yeniden oluşturmak, hatta değiştirmek istiyoruz.”
—UC Santa Cruz'da biyomoleküler mühendislik yardımcı doçenti ve sorumlu yazar Ali Shariati
Kök hücrelerin CRISPR ile programlanması
Çalışma, laboratuvar farelerinden elde edilen kök hücreleri kullanılarak doktora sonrası araştırmacı Gerrald Lodewijk ve şimdi Caltech'te lisansüstü öğrenci olan mezun Sayaka Kozuki tarafından ortaklaşa yürütüldü. Kök hücreler boş bir tuval gibidir ve teorik olarak beyin ya da bağırsak hücreleri dahil her türlü hücre tipine dönüşebilir.
Ekip, daha nazik bir CRISPR varyantı olan CRISPR aktivasyon sistemini (CRISPRa) kullandı. DNA'yı kesmek yerine, embriyonik gelişim için gerekli gen bölgelerini düzenler ve etkinleştirir. Bu hassas etkinleştirme, kök hücrelerin farklı ilkel embriyonik hücre tipleri üretmesini sağlar.
Lodewijk, “Dışarıdan bir uyarıcı eklemek yerine, hücrelerin zaten sahip olduğu genetik anahtarları etkinleştiriyor ve gelişim yolculuğuna nasıl başlayacaklarını belirlemelerine izin veriyoruz,” diye açıkladı.
Kök hücrelerin 80%’den fazlası günler içinde kendiliğinden erken embriyolara benzeyen yapılar halinde organize oldu ve doğal embriyolarla yakından eşleşen gen ifade programlarını başlattı.
“Kendi kendine organizasyon dikkat çekici ölçüde benzer. Hücreler ne yapacaklarını biliyor gibi görünüyor; onlara yalnızca nazikçe yön vermemiz gerekiyor.”
—Ali Shariati
Erken yaşamın kendini nasıl organize ettiğini gözlemlemek
Embriyoid hücreler kültürde toplu davranışlar sergiledi; buna, kuş sürüsünün düzenli hareketi gibi tanımlanan dönerek göç de dahildi ve sonuçta dikkat çekici erken embriyonik örüntüler oluştu.
Farklı hücre tiplerinin üretimini zorlamak için kimyasallar kullanan önceki yöntemlerin aksine, bu çalışma vücuttaki doğal embriyonik gelişime daha çok benzeyen ortak gelişimi vurguladı.
“Hücreleri tek tek oluşturmuyoruz. Gerçek bir embriyoda olduğu gibi birlikte büyümelerine ve birbirlerini etkilemelerine izin vererek komşu hücreler olarak biyolojik hafızalarını yeniden oluşturuyoruz.”
—Shariati
Programlanabilir modeller gelişim kusurlarının nedenlerini ortaya çıkarabilir
Bu embriyo modellerinin başlıca avantajı yüksek düzeyde programlanabilir olmalarıdır. Araştırmacılar yaşamın en erken aşamalarını inceleyebilir ve hücre tiplerinde, doku organizasyonunda veya embriyonun tamamında hangi değişikliklerin başarısızlığa yol açtığını gözlemlemek için genleri kasıtlı olarak açıp kapatabilir.
Bu yaklaşım, gerçek embriyo kullanmadan gelişimsel anomalileri modellemek için güçlü bir platform sunar.
Teknoloji, zamanla insanlar dahil başka türlere de uygulanabilir; böylece bilim insanlarının erken dönem insan embriyolarının neden sıklıkla rahme tutunamadığını veya gelişemediğini araştırmasına yardımcı olabilir. Shariati şunları söyledi: “Yaşamın başlangıcındaki darboğazları artık daha net görebiliyoruz; bu, insan üreme başarısını iyileştirmek açısından son derece önemlidir.”
Kaynak:
İnternetten derlenmiştir