Mastaca bir teknik, stresli hücrelerin farklı özelliklere sahip soylar üretmek için nasıl bölündüğünü ortaya koyuyor – kanseri başlatabilen bir fenomen.
Genomun dengesizliği, hasarlı DNA hücre bölümleri boyunca taşındığında ortaya çıkabilecek bir kanser özelliğidir ve hücrelerde hem küçük hem de büyük ölçekli genetik varyasyonu besler. Nature’da yazan Panagopoulos ve ark.1, DNA hasarının hücre soyları boyunca eşit olmayan bir şekilde yayıldığını ortaya çıkarmak için tek hücreleri izleyen çok modlu bir platform sunar. Yazarların yaklaşımı, ardışık hücre bölünmelerinden üretilen kız ve torun nesillerinin her birinde bireysel hücrelerin özellikleri ve genomik stabilitesindeki farklılıkların kökenini ve kapsamını ortaya koymaktadır.
Bir tümördeki – hatta sağlıklı dokulardaki – iki hücre tamamen birbirine benzemez. Hücresel heterojenlik olarak adlandırılan bu varyasyon, DNA dizisindeki değişikliklerden (genetik mutasyonlar) veya genetik olmayan değişikliklerden kaynaklanabilir. Bu heterojenlik evrim için önemlidir ve hücrelerin streslere uyum sağlamasına yardımcı olabilir, ancak aynı zamanda hastalığı başlatan veya teşvik eden ve hatta kanser hücrelerinin tedavilerden kaçmasını sağlayan özelliklerin kazanılmasına da neden olabilir.
Önceki çalışmalar, onarılmamış mutasyona neden olan DNA hasarının hücre replikasyonu yoluyla devam edebileceğini ve tümörler2-4 ve sağlıklı dokulardaki yavru hücreler arasındaki farklılıkları yönlendirdiğini göstermiştir5. Bununla birlikte, bu çalışmalar, DNA hasarının hücre bölünmesi yoluyla gerçek zamanlı olarak nasıl yayıldığını yakalayamayan DNA dizileme yaklaşımlarını kullandı. Tersine, canlı hücre görüntülemesi, hücre bölünmesi meydana gelirken DNA veya kromozomların hücreler arasında nasıl bölündüğünü izlemek için kullanılmıştır6,7, ancak bireysel DNA lezyonlarını (DNA hasarı bölgeleri) izleyemedi.
Panagopoulos ve ark. tek hücrelerde DNA replikasyonunu ve hasarını gerçek zamanlı olarak, birden fazla hücre bölünmesi üzerinde görselleştiren bir platform sunarak önceki yaklaşımların sınırlamalarını ele alır. Önceki yöntemlerine dayanarak8, araştırmacılar her hücredeki iki proteine flüoresan etiketler eklemek için CRISPR-Cas9 gen düzenleme tekniğini kullandılar: DNA replikasyonunun zamanlamasını izlemek için PCNA proteinine yeşil bir etiket eklendi; ve DNA hasarını vurgulamak için 53BP1’e kırmızı bir etiket takıldı (Şek. 1). Daha sonra her hücre bir mikroskop kullanılarak 3 güne kadar her 30 dakikada bir görüntülendi. Önceki yöntemlerin aksine, bu, DNA replikasyonunun ve kalıtsal DNA lezyonlarının ardışık hücre bölünmeleri üzerinde eşzamanlı izlenmesini sağlayarak, ebeveyn, kız ve torun hücrelerinin hücre durumlarının doğrudan karşılaştırılmasına izin verir.
Yeşil etiketin seri görüntülemesi, hücre döngüsü ilerlemesinin haritalanmasını sağlar, çünkü PCNA molekülleri, seviyeleri DNA sentezi sırasında keskin bir şekilde yükselen odaklar olarak bilinen lokalize birikimler oluşturur (hücre döngüsünün S fazı). Yazarlar, floresan etiketli kanser ve kanser olmayan hücrelerin normal hücre döngüsünü izlemek için bu yaklaşımı kullandılar. Bununla birlikte, yeşil etiketin seri görüntülemesi, hücre replikasyonunun ne zaman kesintiye uğradığını da ortaya çıkarabilir – örneğin, DNA replikasyon mekanizmasının durmasına neden olan ve potansiyel olarak genom kararsızlığına ve daha fazla DNA hasarına yol açan DNA hasarının bir sonucu olarak.
Replikasyon stresi (DNA replikasyonunun durması) ve DNA hasarının bir hücrenin soyunu farklı etkileyip etkilemediğini test etmek için yazarlar, ana hücreleri DNA replikasyon stresine neden olan ilaçlarla veya hücrelerin DNA’sına doğrudan zarar vermek için radyasyon veya enzimler kullanarak rahatsız ettiler. Sonuçlar çarpıcıydı: her iki pertürbasyon türü de yavru hücrelerin eşit olmayan seviyelerde DNA hasarını miras almasına, hücre bölünmesinden sonra farklı zamanlarda çoğalmasına ve değişken seviyelerde hücre döngüsü düzenleyicilerini ifade etmesine neden oldu. Bu etkiler sonraki (torun) nesilde daha da kötüleşti ve hücre soyları yoluyla etkilerin kalıcılığını vurguladı. Yazarlar, ana hücrelerde tümör baskılayan proteinlerin tükenmesinin de yavrularda hücresel heterojenliğe neden olduğunu gözlemlediler. Bu, hücresel heterojenlik oluşturmanın, bozulmanın doğrudan etkilerine ek olarak, tümör baskılayıcılar bozulduğunda erken kanser gelişimine katkıda bulunabilecek ayrı bir mekanizma olduğunu göstermektedir.
Panagopoulos ve ark. kanserde yaygın olan poliploidi (bir hücredeki genomun birden fazla kopyası) gibi genom instabilitesinin diğer yönlerini araştırmak için platformlarını kullandılar9. Poliploidal hücreler, hücreler kendi DNA’larını normal olarak kopyaladığında ancak iki yavru hücreye bölünmediğinde veya hücre döngüsü kontrolünün başarısızlığı aynı döngü sırasında DNA segmentlerinin birden fazla kopyalanmasına izin verdiğinde yeniden replikasyon sırasında meydana gelen endoreplikasyon adı verilen bir işlem sırasında oluşabilir.
Yazarlar, hücre döngüsü ilerlemesine müdahale eden bir ilaç kullanarak poliploidi indükledi ve yeşil PCNA etiketini kullanarak ortaya çıkan hücrelerde DNA replikasyonunu takip etti. Bu deneyler, poliploidizasyon sırasında hem endoreplikasyon hem de re-replikasyon kanıtlarını ortaya çıkardı. Beklenmedik bir şekilde, yeniden çoğaltma, endoreplikasyondan önemli ölçüde daha yüksek DNA hasarı birikimine yol açarak, poliploidizasyona giden yolun – ve sadece oluşumunun değil – genom dengem insizliğinin kapsamını şekillendirdiğini gösterdi. Son olarak, yazarlar, kanseri teşvik eden genleri (onkogenler) kontrol hücrelerine göre aşırı eksprese eden hücrelerin soyunda daha yüksek hücresel heterojenlik ve poliploidizasyon seviyelerinde meydana geldiğini ve bu heterojenliğin DNA’ya zarar veren radyasyonla daha da güçlendiğini göstermek için etiketleme sistemlerini kullandılar.
Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsiniz.