Yakından bakıldığında gelişen bir retina, kalabalık bir tren istasyonuna benzer: sinir hücreleri hep birlikte yola çıkar, birbirini geçer, geri döner ve şaşırtıcı yollar seçer. Yine de ortaya kusursuz katmanlı bir doku çıkar. Caren Norden’in ekibi bu süreci altı buçuk yıl boyunca şeffaf zebra balığı embriyolarında izledi ve nöronların komşularından gelen sinyalleri izlediğini, bazı hareketlerinin ise olgunlaşan dokuyu koruduğunu buldu – sonunda da yaratıcı kaosta kendi yolunu nasıl bulduğunu sen de test edebilirsin.
Nöronların çoğu son varış noktalarından uzakta doğar. İşleyen bir sinir sisteminin kurulabilmesi için bu hücrelerin doku içinde yol alması ve vardıklarında çalışan bağlantılar kurması gerekir. Retinada ve beynin gelişen diğer bölgelerinde bir görev daha vardır: hücreler birbirinden ayrı katmanlar halinde dizilmelidir. Bilim insanları bu sürece nöronal laminasyon adını verir.
Retinada laminasyonun nasıl gerçekleştiği hakkında şaşırtıcı derecede az şey biliniyordu. Araştırmaların çoğu korteks üzerinde yoğunlaşmış ve çevredeki dokudan çok göç eden hücrelerin kendilerine bakmıştı. Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) tarafından finanse edilen makingtheretina projesi bunu değiştirmeyi hedefledi ve altı buçuk yıl içinde retinanın nasıl oluştuğunu anlamada köklü bir ilerleme sağladı.
Proje, laminasyonu gözlemlemek için ideal olan, köklü bir hayvan modeli olan zebra balığı ile çalıştı. Balık küçük ve şeffaftır, hızlı gelişir ve retinası merkezi sinir sisteminin diğer bölümlerine kıyasla görece kolay erişilebilirdir.
Anahtar teknik uzun süreli ışık tabakası (light-sheet) mikroskobuydu. Her seferinde dokunun yalnızca ince bir düzlemini aydınlatır; bu da embriyoları günlerce sağlıklı tutacak kadar nazik bir yöntemdir. “Uzun süreli ışık tabakası mikroskobu, zebra balığı embriyosunda hücre göçünü ve laminasyonu olurken izlememizi sağladı” diyor, daha önce Gulbenkian Moleküler Tıp Enstitüsü’nde, şimdi ise Cambridge Üniversitesi’nde çalışan baş araştırmacı Caren Norden.
Hücreleri günlerce izlemek çok büyük miktarda görüntü üretir; bu yüzden biyologlara bilgisayar bilimciler ve kuramcılar katıldı. Birlikte deneyleri şunlarla birleştirdiler:
“Özel analiz araçları, hücre hareketlerini zaman içinde izlememize ve hızları, yönleri ve şekil değişikliklerini çıkarmamıza olanak tanıdı; böylece farklı retina nöron türlerinin kullandığı ayrı stratejiler ortaya çıktı” diye açıklıyor Norden. Tahmine dayalı araçlar ve kuramsal modeller, ekibin hareketleri neyin yönlendirdiğine dair hipotezler üretmesine, bunları test etmesine ve tekrarlanan turlarda geliştirmesine yardımcı oldu.
Ekibin ilk gördüğü şey kaotik bir nöronal “trafik” gibiydi. Ancak altında kusursuz bir dinamik denetim vardı. “Çalışmalarımız, kesin doku yapısının şaşırtıcı derecede dağınık davranıştan ortaya çıktığını gösterdi. Farklı hücre türleri aynı anda, farklı stratejilerle hareket ediyor ve son konumlarına ulaşmak için çoğu zaman birbirini geçiyor” diyor Norden.
Başka bir deyişle, tek bir düzenli kuyruk yok. Birkaç nöron türü aynı anda hareket halinde, her biri kendi yolculuk biçimiyle ilerliyor ve kesin katmanlar ancak tüm bu yolculukların toplamı olarak ortaya çıkıyor.
Yatay hücreler bunun güzel bir örneği. Sabit yolları izlemediler. Bunun yerine her hücre kendi öngörülemez rotasını çizdi. Araştırmacılar başlangıçta dokunun fiziksel yapısının onlara yol göstermesini bekliyordu, ama durum böyle değildi.
Yatay hücreleri dolaylı hücre iletişimi yönlendirdi – komşu hücrelerden gelen kimyasal sinyaller. Bu, yeni bir şehirde kaldırıma çizilmiş bir çizgiyi izlemek yerine çevrendeki insanlara bakıp onları dinleyerek yolunu bulmana biraz benziyor.
En şaşırtıcı bulgu fotoreseptör hücrelerle ilgiliydi. “En çarpıcı olanı, bazı nöron hareketlerinin doku olgunlaşmasını korumaya hizmet etmesi. Foto reseptör hücreler ileri geri giderek, daha sonra yerleşecekleri alanı geçici olarak boşaltmak için U dönüşü yaptı; böylece komşu progenitör hücreler bölünmelerini tamamlayabildi” diye ekliyor Norden.
Yani bir hata gibi görünen hareket – gelecekteki yerinden uzaklaşıp sonra geri dönmek – aslında bir amaca hizmet ediyor: komşulara işlerini bitirmeleri için alan veriyor. Aynı “yer açma” davranışı insan retina organoidlerinde de gözlendi; bu da bunun korunmuş bir biyolojik strateji olduğunu düşündürüyor.
Proje, gelişen retinanın doku yapısı ile hareket eden hücrelerin birbirini sürekli şekillendirdiğini, oluşan dokunun ise korunmuş kaldığını gösterdi. Bunun çarpıcı yönleri insan retina organoidlerinde görüldü ve beynin diğer bölgelerinde de bulunabilir.
Gelecekteki araştırmalar, her hücrenin yolculuğunun ardındaki moleküler mekanizmalara ve nöronal laminasyonun ne kadar sağlam olduğuna bakacak; buna nöronal göç kusurlarında belirli kimyasal ve mekanik ipuçlarıyla genetik bağlantı da dahil. Tıbbi açıdan asıl önemli nokta burada. “Nöronların yanlış konumlanması, epilepsi ve zihinsel yetersizlik gibi durumların temelinde yatıyor. Zebra balığı retinasında nöronların doğru konumlarını nasıl bulduğunu çözerek, nörolojik ve nörogelişimsel bozukluklarda neyin ters gittiğini araştırmak için gereken anlayışı inşa ediyoruz” diyerek sözlerini bitiriyor Norden.
makingtheretina projesi, kesin bir yapının düzensizlik gibi görünen bir şeyden doğabileceğini gösteriyor. Gelişen zebra balığı retinasındaki nöronlar aynı anda hareket ediyor, farklı stratejiler kullanıyor, komşularından gelen kimyasal sinyalleri izliyor ve bazen başkalarına yer açmak için geri bile dönüyor. Model organizma araştırmaları, dokuların ve organların sağlıkta ve hastalıkta nasıl geliştiğini anlamada hâlâ temel bir rol oynuyor; deneyleri hesaplamalı ve kuramsal araçlarla birleştirmek de bu anlayışı önemli ölçüde derinleştiriyor.
5 soru · bir dakika
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文