Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Babraham Enstitüsü'nün Epigenetik araştırma programı araştırmacıları, genom çapında işlevsel bir taramanın ile naif kök hücrenin yeniden programlanması hakkında daha fazla bilgi edinebilmek adına bir araştırma yaptılar.  Science Advances'te yayımlanmış olan araştırmaları, yeniden programlamanın kritik düzenleyicilerini açıklamış ve insan saf pluripotent kök hücrelerini üretmenin daha verimli, daha hızlı bir yolu için fırsatlar ortaya çıkardılar.

İnsan pluripotent kök hücreleri (PSC'ler), hücrelerin vücudumuzun her dokusunu yapmak için nasıl uzmanlaştığını araştıran araştırmacılar için yararlı bir araçtır. Hazır ve saf olmak üzere iki farklı durumda bulunan her iki PSC tipi de kendi kendini yenileyebilir ve yeni hücre tiplerine farklılaşabilir ancak farklı işlevleri ve moleküler özellikleri vardır.

Grup lideri Peter Rugg-Gunn ; “Naif 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 edinebilir ve bunların tıpta potansiyel kullanımlarına ulaşabiliriz. Ancak deneylerimizi yapabilmek için yüksek kaliteli, istikrarlı kök hücre popülasyonları yaratmamız gerekmektedir.” dedi.

Pluripotent kök hücreler ya embriyolardan ya da özel hücrelerden hücre kimliğini çıkarmak için bazı yöntemler kullanmaktadır. Yeniden programlama deneylerinin çoğu, saf PSC'lerden gelişimsel olarak daha gelişmiş olan kullanıma hazır PSC'ler üretir. Saf PSC'ler doğrudan insan implantasyon öncesi embriyolarından toplanabilir veya daha yaygın olarak araştırmacılar, prime edilmiş PSC'leri, onları saf PSC'ler haline getiren koşullara maruz bırakmaktadır. Yeniden programlama için mevcut yöntemler verimsiz ve yavaştı, bu da araştırmacıların ihtiyaç duydukları sayıda yüksek kaliteli kök hücreyi hızla üretmelerini engellemekteydi.

Doktora öğrencisi ve çalışmanın baş araştırmacısı Adam Bendall şunları söyledi: "Saf hücre yeniden programlama için hangi genetik ve epigenetik faktörlerin gerekli olduğu hakkında çok az şey biliniyordu ve bu bilgi boşluğu, yeniden programlama koşullarının tasarımını sınırlamaktaydı."

Saf yeniden programlamanın düşük verimliliği, hücrelerin saf duruma ulaşmasını sınırlayan engellerin varlığını düşündürmektedir. Adam ve meslektaşları, yeniden programlamayı engelleyen ve yardımcı olan genleri belirlemek için büyük ölçekli bir genetik tarama gerçekleştirerek bu engelleri aşmaya 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 ekspresyonunu düzenleyen ve saf PSC'lerin oluşumu için gerekli buldukları bir epigenetik komplekse, PRC1.3 kompleksine odaklandılar. Bu kompleks olmadan, yeniden programlanan hücreler, saf PSC'ler yerine tamamen farklı bir hücre tipi haline gelmişti. Bu, PRC1.3'ün aktivitesinin daha fazla hücreyi düzgün bir şekilde yeniden programlamaya teşvik edebileceğini ve aslında bariyeri düşürebileceğini düşündürmekteydi.

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 şunları söyledi: “Heyecan verici bir şekilde, seçici kimyasallar kullanarak bu faktörlerden birini engellediğimizde, daha önce saf PSC yeniden programlaması daha verimli ve hızlı bir şekilde gerçekleşmekteydi. Her iki taraftan da baktığımızda; oluşan engelleri kaldırabilir ve hücreleri durum değişikliğine doğru iten faktörleri tanıtabiliriz.”

Bu araştırma yalnızca bilim insanlarının, insan saf PSC'leri üretme yeteneklerini geliştirmekle kalmadığı gibi, aynı zamanda hücre durumu geçişi sırasında meydana gelen ve bazıları insan embriyolarındaki gelişimsel düzenlemede korunan moleküler olaylar hakkında ayrıntılara ulaşmayı sağlamaktadır.

Rugg-Gunn  önceki araştırmalarda, hücreleri saf bir aşamada tutmaya yardımcı olan moleküler faktörleri tanımlamaktaydı. 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 kullanılmasına yol açmakta olduğundan bu durum saf PSC'lerin özel hücre tiplerine nasıl farklılaştırılacağı konusunda daha fazla araştırma gerektirmesine sebep olacaktır." şeklinde aktardı.