Çoğu hayvan, bitki ve mantar hücresi mitokondri adı verilen organeller içerir. İlkel bir bakteriyel endosimbiyontunun bu torunları hala belirgin genleri korur ve kimyasal enerji olarak ATP yaratma yetenekleriyle bilinirler. Ayrıca hücre sinyalizasyonu, viral ve bakteriyel algılama, hücre bölünmesi, hücre ölümü ve doğuştan ve adaptif bağışıklık tepkileri gibi diğer önemli işlevlere de sahiptirler. Sonuç olarak, mitokondriyal işlevdeki bozulma yaşlanmaya ve yaşa bağlı hastalıklara neden olabilir.

Hücreler arasında evrimsel olarak korunan mitokondri transferi, ortaya çıkan bir araştırma alanıdır. Yine de araştırmacılar bu tür transferleri tanımlamak için benzersiz ve evrensel olarak kabul görmüş terimlerden ve uygulamalardan yoksundur. Anlaşılmış bir isimlendirme ve standart uygulamalar olmadığında, farklı araştırmacılar aynı olayı tanımlamak için farklı yöntemler ve terminolojiler kullanabilir veya aslında iki farklı süreci tanımlayan aynı terimi kullanabilirler.

“Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, mitokondrilerin bir hücreden diğerine aktarılabileceğini ve izole edilmiş mitokondrilerin bir organ nakli gibi nakledilebileceğini anladık,” diyor Alabama Üniversitesi Birmingham Genetik Bölümü’nde profesör olan Keshav K. Singh, Ph.D.. “Mitokondri transferinin kökenleri belirsiz olsa da, maya, yumuşakçalar, balıklar ve kemirgenler ve insan hücreleri de dahil olmak üzere evrimsel olarak çeşitli ökaryotlarda gözlemlenmiştir. Bu süreçteki değişikliklerin hastalık patogenezine nasıl katkıda bulunduğunu ve yeni tedaviler geliştirmek için mitokondri transferi ve nakil biyolojisini nasıl kullanacağımızı yeni yeni anlamaya başlıyoruz.”

2024 yılında, Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi, Saint Louis, Missouri’den Singh ve Jonathan Brestoff, MD, Ph.D., mitokondri transferi ve nakli konusunda uluslararası bir konsorsiyum kurdu ve mitokondri transferi veya nakli için ortak terminoloji ve karakterizasyonlar sağlayarak alanı nasıl ilerletecekleri konusunda fikir birliği ve öneriler geliştirmek üzere 31 araştırmacıdan oluşan uluslararası bir ekibe liderlik etti. “Mitokondri transferi ve nakli isimlendirmesi ve karakterizasyonu için öneriler” adlı fikir birliği makaleleri Nature Metabolism dergisinde yayınlandı .

Makale, alanın kısa bir tarihçesiyle başlıyor: Bazı temel erken keşifler, mitokondriyal transferle ilgili son çalışmalar ve hücre mühendisliği ve ekstrakorporeal membran oksijenasyonuna ihtiyaç duyan çocuklar için klinik denemeler de dahil olmak üzere terapötik yaklaşımların geliştirilmesi.

Makale, mitokondri transferi ve mitokondri nakli türlerini tanımlıyor ve hem donör hem de alıcı hücre tipleri in vivo kurulduğunda, bu bir mitokondri transfer eksenini tanımlıyor. Makale, mitokondri haberci proteinleri ve boyaları, transferi zorlama yöntemleri ve hücre girişinden sonra mitokondrinin kaderinin tartışılması dahil olmak üzere mitokondri transferini tanımlama yöntemlerini gözden geçiriyor. Mekanizmaya dayalı isimlendirme, donör hücre ve alıcı hücrenin birbirine temas ettiği temas bağımlı mitokondri transferi ve temas bağımsız mitokondri transferi olarak kabaca gruplandırılmıştır.

Öneriler ayrıca mitokondri naklinin terapötik yaklaşımlarını da gözden geçirir; buna nakillerin tanımı; nakillerin tipleri, dayanıklılığı, tutunma derecesi ve heterojenliği; hücre dışı mitokondri kullanılarak hücre mühendisliği; ve mitokondri transferini etkileyen ilaçlar dahildir. Hücre dışı mitokondriler insanlarda yaygındır – örneğin, hastalara rutin ve güvenli bir şekilde intravenöz olarak nakledilen bir kan ürünü olan bir kan trombosit ünitesinde yaklaşık 3 milyar ila 12 milyar hücre dışı mitokondri bulunur.

Makale, “önerilen bu isimlendirmenin amacı, bu alan geliştikçe benzer süreçler veya hücre dışı mitokondri alt kümeleri için farklı isimlerin tanıtılmasıyla oluşabilecek karışıklığı azaltmaktır. Mitokondri transferi ve naklinin çok aktif araştırma alanları olduğunu ve yeni bulguların ve içgörülerin önerilen isimlendirmede güncellemeler gerektirebileceğini kabul ediyoruz.” sonucuna varmaktadır.

Singh’in mitokondriye karşı uzun zamandır bir ilgisi var. Mitochondrion dergisinin kurucu baş editörü ve Society for Mitochondria Research and Medicine’in kurucusuydu. 2007 ve 2009’da laboratuvarı, izole edilmiş fare mitokondrilerinin eş-inkübasyon yoluyla insan hücrelerine aktarılabileceğini göstererek, difüzyon yoluyla mitokondri aktarımı için bir ilke kanıtı sağladı ve genç yaşta agresif meme kanseri geçiren bir Afrikalı Amerikalı kadından alınan ksenotransplante edilmiş trombosit mitokondrisinin farelerde meme kanserinin agresifliğini tekrarlayabildiğini gösterdi. Singh, o zamanlar bu bulguların alan tarafından takdir edilmediğini söylüyor.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Van Andel Enstitüsü bilim insanlarının yaptığı paradigmayı değiştiren bir araştırmaya göre, bir kişinin kansere yakalanma riski daha doğmadan önce başlayabilir.

Nature Cancer’da yayımlanan bulgular , gelişim sırasında ortaya çıkan ve kanser riskiyle bağlantılı iki farklı epigenetik durumu tanımladı. Bu durumlardan biri daha düşük yaşam boyu riskle ilişkilendirilirken diğeri daha yüksek yaşam boyu riskle ilişkilendirildi.

Kanser düşük riskli durumda gelişirse, lösemi veya lenfoma gibi sıvı bir tümör olma olasılığı daha yüksektir. Kanser yüksek riskli durumda gelişirse, akciğer veya prostat kanseri gibi katı bir tümör olma olasılığı daha yüksektir.

“Çoğu kanser türü yaşamın ilerleyen dönemlerinde ortaya çıktığı ve mutasyon veya genetik hastalıklar olarak anlaşıldığı için, gelişimin kanser riskini nasıl şekillendirebileceği konusunda derin bir odaklanma olmamıştır. Bulgularımız bunu değiştiriyor,” diyor VAI Epigenetik Bölümü başkanı ve çalışmanın eş-yazışma yazarı J. Andrew Pospisilik, Ph.D.. “Bu iki epigenetik olarak farklı durumu tanımlamamız, kanserin temellerine dair tamamen yeni bir çalışma dünyasının kapısını açıyor.”

Kanser riski, DNA hasarının birikmesi ve diğer faktörler sayesinde insanlar yaşlandıkça artar. Yine de, her anormal hücre kansere dönüşmez. Son yıllarda, bilim insanları epigenetik hatalar gibi diğer etkileri kansere ek katkıda bulunanlar olarak tanımladılar.

Epigenetik, DNA’daki talimatların nasıl ve ne zaman gerçekleştirileceğini etkileyen süreçlerdir. Epigenetikteki sorunlar hücresel kalite kontrol süreçlerini rayından çıkarabilir ve hasta hücrelerin hayatta kalmasını ve yayılmasını sağlayabilir.

Pospisilik ve işbirlikçileri, çalışmalarında Trim28 geninin seviyeleri düşük olan farelerin , aksi takdirde aynı olmalarına rağmen, kanserle ilişkili genlerde iki epigenetik işaret örüntüsünden birine sahip olabileceğini buldular. Bu örüntüler gelişim sırasında belirlenir. Desenlerin gücü, iki kanser risk durumundan hangisinin meydana geldiğini belirler.

“Herkesin belli bir düzeyde riski vardır ancak kanser ortaya çıktığında bunu sadece şanssızlık olarak düşünme eğilimindeyiz,” diyor Pospisilik Laboratuvarı’nda araştırma bilimcisi ve çalışmanın ilk ve eş-yazışma yazarı olan Dr. Ilaria Panzeri. “Ancak şanssızlık, bazı insanların neden kansere yakalandığını ve bazılarının yakalanmadığını tam olarak açıklamıyor. En önemlisi, şanssızlık tedavi için hedef alınamaz. Öte yandan epigenetik hedef alınabilir. Bulgularımız, kanserin köklerinin hassas gelişim döneminde başlayabileceğini gösteriyor ve bu da hastalığı incelemek için yeni bir bakış açısı ve teşhis ve tedavi için potansiyel yeni seçenekler sunuyor.”

Ekip, vücuttaki dokular boyunca iki epigenetik duruma dair kanıtlar buldu, bu da gelişimsel epigenetik riskin kanserler arasında yaygın olabileceğini düşündürüyor. Gelecekte, bu iki durumun bireysel kanser türlerindeki etkilerini araştırmayı planlıyorlar.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Stuttgart Üniversitesi’ndeki bilim insanları, “DNA origami” yardımıyla biyolojik zarların yapısını ve işlevini kontrol etmeyi başardılar. Geliştirdikleri sistem, büyük terapötik yüklerin hücrelere taşınmasını kolaylaştırabilir. Bu, ilaçların ve diğer terapötik müdahalelerin hedefli uygulanması için yeni bir yol açıyor. Böylece, sentetik biyolojinin araç setine çok değerli bir araç eklenebilir. Prof. Laura Na Liu ve ekibi bulgularını Nature Materials dergisinde yayınladı .

Hücrenin şekli ve morfolojisi biyolojik işlevde önemli bir rol oynar. Bu, modern tasarım ve mimari alanlarında yaygın olan “form işlevi takip eder” ilkesine karşılık gelir. Bu ilkenin yapay hücrelere aktarılması sentetik biyolojide bir zorluktur. DNA nanoteknolojisindeki gelişmeler artık umut verici çözümler sunmaktadır. Terapötik proteinlerin hücre zarlarından geçişini kolaylaştıracak kadar büyük yeni taşıma kanallarının oluşturulmasına olanak tanırlar. Bu yeni alanda, Stuttgart Üniversitesi 2. Fizik Enstitüsü Müdürü ve Max Planck Katı Hal Araştırmaları Enstitüsü (MPI-FKF) Üyesi Prof. Laura Na Liu gibi bilim insanları, sentetik hücrelerdeki lipit zarlarının ^şeklini ve geçirgenliğini kontrol etmek için yenilikçi bir araç geliştirdiler. Bu zarlar, sulu bir bölmeyi çevreleyen ve biyolojik zarların basitleştirilmiş modelleri olarak hizmet eden lipit çift katmanlarından oluşur. Zar dinamiklerini, protein etkileşimlerini ve lipit davranışını incelemek için faydalıdırlar.

DNA nanoteknolojisinin uygulanmasında bir dönüm noktası

Bu yeni araç işlevsel sentetik hücrelerin yaratılmasının önünü açabilir. Laura Na Liu’nun bilimsel çalışması, yeni terapilerin araştırma ve geliştirilmesini önemli ölçüde etkilemeyi amaçlıyor. Liu ve ekibi, sentetik hücrelerle programlanabilir etkileşimleri etkinleştirmek için sinyale bağlı DNA nanorobotlarını kullanmayı başardı. Liu, “Bu çalışma, hücre davranışını düzenlemek için DNA nanoteknolojisinin uygulanmasında bir dönüm noktasıdır” diyor. Ekip, canlı hücreleri taklit eden basit, hücre boyutunda yapılar olan dev tek katmanlı veziküller (GUV’ler) ile çalışıyor. DNA nanorobotlarını kullanarak araştırmacılar, bu sentetik hücrelerin şeklini ve işlevselliğini etkileyebildiler.

Proteinler ve enzimler için yeni taşıma kanalları

DNA nanoteknolojisi, Laura Na Liu’nun başlıca araştırma alanlarından biridir. DNA origami yapıları konusunda uzmandır — özel olarak tasarlanmış daha kısa DNA dizileri, yani zımbalar aracılığıyla katlanan DNA iplikleri. Liu’nun ekibi, DNA origami yapılarını, şekillerini geri dönüşümlü olarak değiştirebilen ve böylece mikron aralığındaki yakın çevrelerini etkileyebilen yeniden yapılandırılabilir nanorobotlar olarak kullandı. Araştırmacılar, bu DNA nanorobotlarının dönüşümünün GUV’lerin deformasyonu ve model GUV membranlarında sentetik kanalların oluşumu ile birleştirilebileceğini buldular. Bu kanallar, büyük moleküllerin membrandan geçmesine izin verdi ve gerekirse yeniden kapatılabilir.

Biyolojik ortamlar için tamamen yapay DNA yapıları

“Bu, GUV’lerin şeklini ve yapılandırmasını tasarlamak için DNA nanorobotlarını kullanabileceğimiz ve böylece membranda taşıma kanallarının oluşumunu sağlayabileceğimiz anlamına geliyor,” diyor bu çalışmanın ortak yazarlarından Prof. Stephan Nussberger. “GUV’lerdeki DNA nanorobotlarının işlevsel mekanizmasının canlı hücrelerde doğrudan biyolojik bir eşdeğerinin olmaması son derece heyecan verici,” diye ekliyor Nussberger.

Yeni çalışma yeni soruları gündeme getiriyor: DNA nanorobotları gibi sentetik platformlar, biyolojik muadillerinden daha az karmaşıklıkla tasarlanabilir mi, ancak yine de biyolojik bir ortamda işlev görebilir mi?

Hastalık mekanizmalarını anlamak ve tedavileri iyileştirmek

Yeni çalışma bu yönde önemli bir adımdır. DNA nanorobotları tarafından oluşturulan çapraz zar kanalları sistemi, belirli moleküllerin ve maddelerin hücrelere etkili bir şekilde geçmesini sağlar. En önemlisi, bu kanallar büyüktür ve gerektiğinde kapanmak üzere programlanabilir. Canlı hücrelere uygulandığında, bu sistem terapötik proteinlerin veya enzimlerin hücredeki hedeflerine taşınmasını kolaylaştırabilir. Bu nedenle ilaçların ve diğer terapötik müdahalelerin uygulanması için yeni olasılıklar sunar. Bu çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Prof. Hao Yan, “Yaklaşımımız canlı hücrelerin davranışını taklit etmek için yeni olasılıklar açıyor. Bu ilerleme gelecekteki terapötik stratejiler için çok önemli olabilir” diyor.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.