Okuma süresi: 8 dk

Şekil 1. Yazımızda bahsettiğimiz bilimsel çalışmanın yazarlarından Catherine Braine’in işlediği ve bir fare omuriliği kesitinin farklı bölgelerinde Tgfbr2 genine ait RNA seviyelerini gösteren iğne işi. Sarı noktalar, o bölgede bulunan Tgfbr2’ye ait RNA seviyesinin yüksek, mor noktalar da düşük seviyede olduğunu gösteriyor.

ALS nedir?

 Amiyotrofik Lateral Skleroz (ALS) hastalığında, beynimizden gelen komutları kaslara ileten hücreler olan motor nöronlarda zamanla ilerleyen hasarlar (nörodejenerasyon) meydana gelir.  Bunun sonucunda, motor nöronların iletişim kurduğu kaslar çalışmaz hale gelir. ALS, dünyada yaklaşık 450.000 kişiyi etkilemektedir. Ülkemizde de yaklaşık 6000-8000 ALS’li olduğu tahmin edilmektedir [1]. Bu hastalığın şu an için tedavisi olmasa da hastalığın mekanizmasını anlamaya çalışan bilimsel araştırmalar günümüzde hızlanmıştır ve bu çalışmalar bizi tedaviye de yaklaştıracaktır. Şu an çalışmakta olduğum araştırma enstitüsü New York Genom Merkezi’ndeki (NYGC) arkadaşlarımın iki farklı araştırma kurumuyla yaptıkları iş birliği sonucu ortaya çıkan çalışma, bize ALS patolojisinin omurilikte nasıl bir yayılım gösterdiğiyle ilgili önemli bilgiler verdi. Bu yazıda, sizlerle, öncelikle bazı temel bilgileri ve terimleri, sonra da geçtiğimiz Nisan ayında Science dergisinde yayımlanan bu araştırmayla [2] ilgili bilgilerimizi paylaşacağız.

Genlerle ALS’nin İlişkisi

Şekil 2. Bir hücrede DNA’da kodlanmış kalıtım bilgisinin protein sentezi için nasıl kullanıldığını özetleyen görsel.

Normalde hücreler, DNA’daki kalıtımsal bilgiyi yani genleri taslak olarak kullanarak, bilgiyi hücrenin farklı bölgelerine taşıyan mRNA (mesajcı ribonükleik asit) moleküllerini sentezler. Proteinler ise mRNA’ları taslak olarak kullanarak üretilir (Şekil 2).

ALS ile ilişkili olan genler mutasyona (kimyasal değişim) uğradığında, DNA’daki bu bozuk genetik bilgi mRNA’ lara da bozuk olarak aktarılır. Bu yanlış dizilimdeki mRNA’dan da işlevi bozuk proteinler üretilir. 1993 yılından bu yana 25’in üzerindeki gende bulunan mutasyonun ALS’yle ilişkili olduğu bulundu [3]. Hücre içinde birçok protein birbiriyle etkileşim içinde olduğundan, bir proteindeki bozukluk, zincirleme olarak diğer proteinlerin işlevini ve ayrıca farklı genlerin kontrolünü de etkileyebilir. Farklı genlerden sentezlenen RNA türleri olması gerekenden fazla veya az üretilebilir veya taşınması gereken yerlere taşınamayabilir. RNA düzeyinde oluşan bu problemler, hücrede önemli işlevleri olan proteinlerin gerekli yer ve zamanda fonksiyonunu gerçekleştirememesine yol açar. Bir genin ne kadar aktif olduğunu yani gen ifadesini anlamanın yollarından biri de RNA seviyesine bakmaktır. 

ALS araştırması nasıl yapıldı?

Maniatis ve arkadaşlarının yayımladığı çalışmada [3], çok ince (10 μm (mikron), 0.01 mm) omurilik kesitlerinin (Şekil 3) farklı bölgelerinde binlerce farklı gene ait mRNA seviyelerinde meydana gelen değişimler görüntülendi (Şekil 4). Bu kesitlerde motor nöron, duyusal nöron ve onların büyük destekçisi olan glia gibi hücreler bulunuyor. ALS alanında yapılan çalışmalar, motor nöronların, çevrelerinde bulunan glia hücreleriyle etkileşiminin de çok önemli olduğunu, hastalık oluşumunda glia hücrelerinin de rolü olduğunu göstermişti. Tek tip hücre kullanılarak yapılan analizlere kıyasla bu çalışmada kullanılan yöntem, bir omurilik kesitinde bulunan farklı hücreler arasındaki etkileşimin incelenmesine de olanak sağladı. Bir hücrenin omurilikteki konumu onun hangi tipteki komşu hücreyle/hücrelerle etkileşeceğini de belirlemekte. Tüm omurilik kesitini kapsayan analiz, omuriliğin hangi konumunda ve hangi hücre tiplerinde RNA düzeyinde anormalliğin başladığını, bir çeşit hücrenin kesitin farklı yerlerindeki alt çeşitlerinde mRNA düzeyinde farklılık gösterip göstermediğini, ALS’den en çok hasar gören motor nöronların komşusu olan hücrelerin değişime uğrayıp uğramadığını belirlemiş oldu.

Şekil 3. Bir insan omurilik kesiti. Dokubilim çalışmalarında sıklıkla kullanılan H&E (Hematoksilen&Eozin) boyasıyla boyanmıştır. Kesitin iç kısmını kaplayan ve daha koyu görünen kelebek şekline benzer kısım gri madde*, daha açık renk kısım da beyaz maddedir*. Omurilik kesiti fotoğrafı New York Genom Merkezi’nden arkadaşım Joana Petrescu’nun izniyle alınmıştır.

Bu çalışmayı omurilik kesitinin gen ifade haritasının çıkartılması [4] olarak da düşünebiliriz. Omurilikler, ALS nedeniyle yaşamını yitirmiş insanlardan elde edildi. Omurilik kesitleri insandan sadece öldükten sonra alınabileceğinden insanlarda ALS hastalığının erken ve ilerleyen evrelerini tayin etmek mümkün değildir. Bu evreleri karşılaştırmak için fareler model organizma olarak kullanıldı. Hem insanlarda hem de hayvanlarda bulunan ALS ile ilişkili genler, farelerde mutasyona uğratıldı. Bu sayede, ALS benzeri semptomlar gösteren farelerin omurilikleri hastalığın farklı evrelerinde RNA seviyesinde incelendi. Bu çalışma çok büyük bir emeğin ürünü. Toplamda, fare omuriliğinden elde edilmiş ~1200 kesit ve insan omuriliğinden elde edilmiş 80 kesit kullanıldı.  

Şekil 4. Bir insan omurilik kesitinin farklı bölgelerinde Nefm genine ait RNA seviyeleri renkli noktalar olarak gösterilmektedir. Şeklin altındaki renk göstergesine bakacak olursak Nefm RNA’sı en düşük seviyede olduğunda mor, en yüksek seviyede ise sarı renkle gösterilmiştir. Bu şekil, [5]’te gösterilen ve verilerin toplandığı açık kaynaktan alınmıştır. Verinin kesit üzerinde nasıl göründüğünü göstermek için Nefm geni örnek amaçlı seçilmiştir.

Omurilik kesitlerinin farklı bölgelerindeki RNA seviyelerine bakarak elde edilen önemli sonuçlar neler peki? Beyindeki ölü hücreleri, mikropları temizleme gibi fonksiyonlara sahip hücreler olan mikroglialardaki fonksiyon bozukluğu, yani RNA miktarlarındaki anormallik ALS semptomları daha başlamadan önce görüldü ve bu değişim motor nöronların yakınında meydana geldi. Bu değişim ilk defa tüm bir omurilik kesitinde görüntülenmiş oldu. Bazı genlere ait RNA’lar ALS’li insandan alınan kesitlerde omuriliğin gri maddesi ve beyaz maddesi* arasında veya omurilik kesitinin hastalığın başladığı yere yakınlığına göre farklılık gösterdi. Bu çalışma, bu değişiklikleri farklı hücre tiplerinde, omuriliğin farklı bölgelerinde ve hastalığın farklı evrelerinde oldukça kapsamlı bir şekilde gösterdi. Bu da terapi için yeni hedefler belirlenmesine ışık tutmuş oldu. Bu çalışmadan elde edilen büyük miktardaki veriye dünyada ALS çalışan tüm bilim insanları herkese açık olan bir platformdan [5] ulaşabilecek. Makalede kullanılan yöntem [4], Alzheimer, Parkinson, Huntington gibi nörodejenerasyona sebep olan diğer hastalıklara da uygulanabilecek.

*omuriliğin gri ve beyaz maddesi: Sinir hücrelerimizin diğer hücrelerden bilgiyi alan uzantılarına dendrit, bilgiyi diğer hücrelere ileten uzantılarına ise akson denir. Beynimiz ve omuriliğimizden oluşan merkezi sinir sistemimizde sinir hücrelerimizin gövdelerinin ve dendritlerin yoğun olarak bulunduğu kısma gri madde, aksonların yoğun olduğu kısma da beyaz madde denir. Beyaz görünme sebebi, aksonları saran yağca zengin bir madde olan miyelinden dolayıdır. Miyelini glia hücrelerinin bir tipi olan oligodendrositler oluşturur.

 Yazar: Güney Akbalık

Editörler: Uğur Dağ, Bilge San, Arzu Uyar

Görseller

1. Catherine Braine

2. Güney Akbalık

3. Joana Petrescu

4. Güney Akbalık ([5]’te gösterilen ve verilerin toplandığı açık kaynaktan yararlanmıştır.)

Kaynakça

[1] https://www.als.org.tr/turkiye-de-als-mnh-hastaligi

[2] S. Maniatis, T. Äijö, S. Vickovic, C. Braine, K. Kang, A. Mollbrink, D. Fagegaltier, Ž. Andrusivová, S. Saarenpää, G. Saiz-Castro, M. Cuevas, A. Watters, J. Lundeberg, R. Bonneau, and H. Phatnani, “Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis.,” Science, vol. 364, no. 6435, pp. 89–93, Apr. 2019.

Web adresi: https://science.sciencemag.org/content/364/6435/89

 [3] H. P. Nguyen, C. Van Broeckhoven, and J. van der Zee, “ALS Genes in the Genomic Era and their Implications for FTD.,” Trends Genet., vol. 34, no. 6, pp. 404–423, Jun. 2018.

Web adresi: https://www.cell.com/trends/genetics/fulltext/S0168-9525(18)30054-4

 [4] P. L. Ståhl, F. Salmén, S. Vickovic, A. Lundmark, J. F. Navarro, J. Magnusson, S. Giacomello, M. Asp, J. O. Westholm, M. Huss, A. Mollbrink, S. Linnarsson, S. Codeluppi, Å. Borg, F. Pontén, P. I. Costea, P. Sahlén, J. Mulder, O. Bergmann, J. Lundeberg, and J. Frisén, “Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics.,” Science, vol. 353, no. 6294, pp. 78–82, Jul. 2016.

Web adresi: https://science.sciencemag.org/content/353/6294/78

 [5] https://als-st.nygenome.org/

 İleri okuma

 http://noroblog.net/2019/05/14/mikrogliasi-olmayan-cocuk/

 

Glia Hücreleri: Beynimizdeki Muhafızlar