Yeniden programlama ile saf kök hücreler üretmek için gereken faktörler belirlendi
Babraham Enstitüsü'nün epigenetik araştırma programından araştırmacılar, genom çapında işlevsel bir taramanın ardından saf kök hücrenin yeniden programlanması hakkında daha fazla bilgi edinebildiler. Science Advances'te yayınlanan araştırma, yeniden programlamanın kritik düzenleyicilerini açıklıyor ve insan saf pluripotent kök hücrelerini üretmenin daha verimli, daha hızlı bir yolu için fırsatlar sunuyor.
İnsan pluripotent kök hücreleri (PSC'ler), hücrelerin vücudumuzun her dokusunu yapmak için nasıl uzmanlaştığını araştıran bilim insanları için yararlı bir araçtır. Hazır ve saf olmak üzere iki farklı durumda gelirler. Her iki PSC tipi de kendi kendini yenileyebilir ve yeni hücre tiplerine farklılaşabilirler, ancak farklı işlevleri ve moleküler özellikleri vardır.
Ekip lideri Peter Rugg-Gunn bu hücrelerin önemini şöyle açıklıyor:
“Saf durumdaki insan PSC'leri implantasyon öncesi aşamadaki bir embriyoda hücrelerin temel moleküler ve hücresel özelliklerini kopyalar. Daha da önemlisi saf PSC'ler belirli koşullarda kendi kendine organize olmaya teşvik edildiğinde, erken blastosist gelişim aşamasına benzeyen yapılar oluştururlar. Bu hücreleri laboratuvarda büyüterek insan gelişimi sırasında meydana gelen önemli olaylar hakkında bilgi edinebiliriz ve bunların kişiselleştirilmiş tıpta potansiyel kullanımları vardır. Ancak deneylerimizi yapabilmek için yüksek kaliteli, istikrarlı kök hücre popülasyonları oluşturmamız gerekiyor.”
İmmünofloresan mikroskopi görüntüleri, yeniden programlanmış pluripotent kök hücrelerin (turuncu) ve yeniden programlanmamış hücrelerin (mor) farklı morfolojisini gösterir. Kaynak: Adam Bendall, PhD student, The Babraham Institute.
Pluripotent kök hücreler ya embriyolardan ya da özel hücrelerden hücre kimliğini çıkarmak için Nobel Ödüllü yöntemler kullanılarak oluşturulur. Yeniden programlama deneylerinin çoğu, saf PSC'lerden gelişimsel olarak daha ileri olan kullanıma hazır PSC'ler üretir. Saf PSC'ler doğrudan implantasyon öncesi insan embriyolarından toplanabilir veya daha yaygın olarak onları saf PSC'ler haline getiren koşullara maruz bırakılabilir. Yeniden programlama için mevcut yöntemler verimsiz ve yavaştı, bu da araştırmacıların ihtiyaç duydukları sayıda yüksek kaliteli kök hücreyi hızla üretmelerini engelliyordu.
Doktora öğrencisi ve çalışmanın baş araştırmacısı Adam Bendall, "Saf hücreyi yeniden programlamak için hangi genetik ve epigenetik faktörlerin gerekli olduğu hakkında çok az şey biliniyordu ve bu bilgi boşluğu yeniden programlama koşullarının tasarımını sınırladı" dedi.
Saf yeniden programlamadaki düşük verimlilik, hücrelerin saf duruma ulaşmasını sınırlayan engellerin varlığını ortaya çıkarır. Adam ve meslektaşları, yeniden programlamayı engelleyen ve bu soruna yol açan genleri belirlemek için büyük ölçekli bir genetik tarama gerçekleştirerek bu engellerin üzerine odaklandılar. Daha önce süreçle bağlantılı olmayan saf PSC programlamasında çok önemli bir rolü olan çok sayıda geni tanımlayabildiler.
Ekip özellikle altta yatan DNA dizisini değiştirmeden gen ifadesini düzenleyen ve saf PSC'lerin oluşumu için gerekli buldukları bir epigenetik karmaşıklığa, PRC1.3 karmaşıklığına odaklandı. Bu karmaşıklık olmadan yeniden programlanan hücreler saf PSC'lerden ziyade tamamen farklı bir hücre tipi haline gelir. Bu, PRC1.3'ün aktivitesinin daha fazla hücreyi düzgün bir şekilde yeniden programlamaya teşvik edebileceğini ve aslında bariyeri düşürebileceğini düşündürmektedir.
Araştırmacılar, yeniden programlamayı teşvik eden faktörleri belirledikten sonra çalışmalarında HDAC2 adı verilen bir epigenetik protein tarafından örneklenen yeniden programlamayı engelleyen faktörlere de baktılar. Makalenin ilk yazarı olan Dr. Amanda Collier, “Seçici kimyasallar kullanarak bu faktörlerden birini engelledikten sonra saf PSC yeniden programlaması daha verimli ve hızlı bir şekilde gerçekleşti. Her iki taraftan da ona bakabiliyoruz; engelleri kaldırabilir ve hücreleri durum değişikliğine doğru iten faktörleri tanıtabiliriz” dedi.
Bu araştırma, bilim insanlarının insan saf PSC'leri üretme yeteneklerini geliştirmekle kalmıyor, hücre durumu geçişinin kendisi sırasında meydana gelen (bazıları insan embriyolarındaki gelişimsel düzenlemede korunur) moleküler olaylar hakkında ayrıntılar sağlıyor.
Rugg-Gunn laboratuvarı, daha büyük bir bulmacanın parçalarını bir araya getiriyor; saf kök hücrelerin oluşumu ve kontrolünün en iyi şekilde anlaşılması. Önceki araştırmaları, hücreleri saf bir aşamada tutmaya yardımcı olan moleküler faktörleri tanımlamıştı. Grup lideri Peter Rugg-Gunn, "Pluripotent kök hücreleri manipüle etmek için araçlarımızı oluşturarak implantasyon öncesi embriyo hakkında önemli sorular sormak için daha fazla zaman harcayabiliriz. Uzun vadede saf PSC'lerle çalışmadaki daha fazla iyileştirme bu hücrelerin kişiselleştirilmiş hastalık modellerinde veya hücre tedavilerinde kullanılması olasılığını sağlayabilir. Öte yandan saf PSC'lerin özel hücre tiplerine nasıl farklılaştırılacağı konusunda daha fazla araştırma gerektirecektir" dedi.
Makale: