İnsan beyninin, farklı rollere ve işlevlere sahip çok çeşitli hücre tipleri içerdiği bilinmektedir. Beyindeki hücrelerin, özellikle de en dış tabakasının (yani serebral korteks) yavaş yavaş uzmanlaştığı ve belirli roller üstlendiği süreçler, geçmiş birçok sinirbilim çalışmasının odak noktası olmuştur.

California Los Angeles Üniversitesi’ndeki (UCLA) araştırmacılar, beynin gelişimi sırasında farklı hücre tiplerinin ortaya çıkmasını haritalamak için bireysel hücrelerdeki gen ekspresyonunu incelemek için bir teknik olan tek hücreli transkriptomik kullanılarak toplanan farklı veri kümelerini analiz ettiler.

Nature Neuroscience’da yayınlanan bulguları, insan serebral korteksindeki hücrelerin uzmanlaşmasını yönlendiren gen “programlarını” ortaya koyuyor.

Makalenin kıdemli yazarı Aparna Bhaduri, Medical Xpress’e verdiği demeçte, “Bu proje başlangıçta küçük bir biyoinformatik yan proje olarak başladı.” dedi.

“Beyin gelişimi sırasında gen ekspresyon kalıplarını araştırmak için kamuya açık veri kümelerini entegre ediyorduk, ancak ilerledikçe bu gen ağlarının veya modüllerinin gelişmekte olan insan korteksinde farklı hücre tiplerinin nasıl ortaya çıktığına dair değerli bilgiler sağladığını fark ettik. Bu bulguların potansiyel etkisini fark ederek, çalışmayı kapsamlı bir çalışmaya genişlettik.”

Bhaduri ve meslektaşları tarafından yapılan çalışmanın temel amacı, serebral korteksteki hücre tiplerinin spesifikasyonuna katkıda bulunan ortak ekspresyon gen ağlarını ortaya çıkarmaktı. Bu genetik modülleri ortaya çıkarmak, insan beyninin sağlıklı ve atipik gelişimini destekleyen genel süreçlere yeni bir ışık tutabilir.

Patricia R, “Son birkaç yılda, birçok farklı araştırma grubu gelişmekte olan insan beyninin moleküler profillerini yaptı.” Makalenin ilk yazarı Nano, Medical Xpress’e söyledi. “Bununla birlikte, beynin karmaşıklığı göz önüne alındığında, bu profillerin her biri anlaşılabilir bir şekilde yalnızca beyin gelişiminin belirli zaman noktalarını kapsar.”

Ekibin çalışması, son on yılda toplanan büyük veri kümelerini daha iyi anlamayı ve bunları tek hücre düzeyinde gen ekspresyonunun bir “meta-atlasına” entegre etmeyi amaçlayan küçük bir yan proje olarak başladı. Bununla birlikte, bu meta atlası oluşturduktan sonra Bhaduri, Nano ve meslektaşları, hücre uzmanlığını yönlendiren gen modüllerini tanımlamak için kullanabileceklerini fark ettiler.

Nano, “Bu modüllerin farklı hücre tiplerinin nasıl oluştuğunu ve rafine edildiğini temsil edebileceğini gördüğümüzde, başkalarının gelişmekte olan insan beynini incelemesine gerçekten yardımcı olabilecek bir şeyimiz olduğunu biliyorduk” dedi. “Çalışmamız daha sonra yalnızca insan beynini şekillendiren modülleri tanımlamak için değil, aynı zamanda bu modüllerin işlevlerini insan beyni gelişimi modellerinde test etmek için kurulmuş bir makaleye dönüştü.”

Araştırmacılar, çalışmalarının ilk adımı olarak, tek hücreli RNA dizileme tekniklerini kullanan önceki araştırmalarda toplanan verileri birleştirdiler ve toplu olarak analiz ettiler. Bu veriler esasen beynin gelişimi sırasında bireysel hücrelerdeki gen aktivitesini açıklar.

Bhaduri, “Bu çeşitli veri kümelerinde benzer ekspresyon kalıpları gösteren genleri kümeleyerek, belirli gelişim aşamalarında birlikte çalışan gen gruplarını temsil eden ‘gen birlikte ekspresyon ağlarını’ veya modülleri belirledik” diye açıkladı.

“Bulgularımızı doğrulamak için, bu modüllerin gerçek insan beyni dokularında aktif olup olmadığını test ettik, mikroskopi ve boyama yöntemlerini kullanarak ekspresyon kalıplarını doğruladık.”

Tanımlanan gen modüllerinin gerçek insan beyin dokularında aktif olduğunu doğruladıktan sonra, araştırmacılar, kök hücreler kullanılarak oluşturulan gelişmekte olan insan beyninin üç boyutlu (3D) ve minyatürleştirilmiş modelleri olan beyin organoid modellerini kullanarak daha fazla deney yaptılar. Bu modelleri kullanarak, bu modüllerin belirli nöron tiplerinin oluşumuna katkıda bulunduğunu deneysel olarak doğruladılar.

Bhaduri, “Çalışmamız, insan serebral korteksinde farklı nöron alt tiplerinin gelişimini yönlendiren spesifik gen ağlarını tanımladı ve doğruladı” dedi. “Örneğin, derin katman nöronları oluşturmak için gerekli olan modülleri karakterize ettik ve nörogelişimsel bozukluklarla ilişkili genler için daha önce bilinmeyen rolleri ortaya çıkardık.”

Çalışma, gelişimin erken aşamalarında insan serebral korteksinin karmaşıklığının ortaya çıkmasını destekleyen genetik süreçler hakkında yeni ve değerli bilgiler topladı.

Gelecekte, araştırmacılar tarafından oluşturulan meta-atlas, otizm ve zihinsel engellilik de dahil olmak üzere çeşitli gelişimsel bozuklukların gelişiminin arkasındaki kesin genetik ve moleküler mekanizmaları daha iyi anlamaya yardımcı olabilir.

Nano, “İnsanların bize özellikle yararlı olduğunu söylediği şey, farklı laboratuvarlar tarafından farklı zamanlarda yapılan veri kümelerinden, hücre kaderlerinin nasıl ortaya çıktığını açıklayan gen modüllerini tanımlayabildiğimiz – insan beyninin haritalarını almanın ve oluştuğu mekanizmaları çıkarmanın yollarını sağladığımız gerçeğidir” dedi.

“Aparna’nın bahsettiği örneğe benzer şekilde, modüllerimiz hastalık riski olan genlerin beyindeki belirli hücre türlerini kontrol edebileceği yeni yollar ortaya çıkarabilir.”

Bhaduri, Nano ve meslektaşları, oluşturdukları meta-atlasın dünya çapındaki diğer araştırma grupları için değerli bir kaynak olacağını umuyorlar. Örneğin, sinirbilimcilerin belirli gelişimsel ve nörolojik bozukluklar tanısı konmuş bireylerde bozulan gen ağlarını belirlemelerine yardımcı olabilir ve bu da yeni terapötik müdahalelerle hedef alınabilir.

Bhaduri, “İnsan beyninin nasıl ortaya çıktığını ve bu gen programlarının sağlıklı gelişim ve nörolojik bozukluklarda ne kadar önemli olduğunu anlamaya devam etmekten çok heyecan duyuyoruz” diye ekledi.

“Örneğin, ölümcül bir beyin kanseri olan glioblastomada benzer bir meta-atlas yaklaşımı kullandık ve insan beyni gelişimi meta-atlasımızı kök hücre fonksiyonu ve karar vermenin diğer ölçütleriyle bütünleştiriyoruz.

“Ayrıca ek nörogelişimsel bozuklukları daha fazla araştırmak ve bu gelişimsel atlastaki modülleri bu gelişimsel yörüngelerle karşılaştırmakla ilgileniyoruz.”

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsiniz.