Duke-NUS Tıp Fakültesi ve Singapur Ulusal Üniversitesi’ndeki (NUS) Mekanobiyoloji Enstitüsü’nden (MBI) bilim insanları, uykuda olan nöral kök hücrelerini uyandırmak için yeni bir yol keşfettiler. Keşif, otizm, öğrenme güçlükleri ve serebral palsi gibi nörogelişimsel bozukluklar için potansiyel yeni tedaviler sunuyorlar.
Beyindeki nöral kök hücreler (NSC’ler) olarak adlandırılan kök hücreler çoğalma, farklılaşma ve hücre ölümü sürecinden geçme yeteneğine sahiptir. Beynimizdeki NSC’lerin çoğu, nörogenez veya yeni sinir hücrelerinin oluşumu için onları yeniden aktifleştirecek bir sinyal bekleyerek uyku halinde bulunur.
Kanıtlar, hatalı NSC yeniden aktivasyonunun yaşa bağlı bilişsel gerileme ve nörogelişimsel bozukluklarla ilişkili olabileceğini gösteriyor ve bu da sürecin altında yatan mekanizmaların belirlenmesini önemli hale getiriyor.
Uykuda olan NSC’leri aktive etme yöntemini keşfeden araştırmacılar, meyve sinekleri (Drosophila) üzerinde deneyler yaptı.
Drosophila’da, diyet amino asitlerinin varlığı, insan karaciğeri ve yağ dokusunun işlevsel bir eşdeğeri olan yağ gövdesi tarafından algılanır ve bu da kan-beyin bariyerindeki hücreler tarafından insülin benzeri peptitlerin üretimini tetikler. Bu peptitler, sırayla, NSC’lerde insülin benzeri büyüme faktörü 1 (IGF-1) sinyal yolunu aktive eder ve yeniden aktivasyonlarını tetikler. İnsan NSC’leri de IGF-1 sinyallemesiyle aktive edilir.
Drosophila’daki uykuda NSC’ler hücre gövdesinden uzanan bir çıkıntıya sahiptir; araştırmacılar yakın zamanda çıkıntının aktin mikrofilamentleriyle zenginleştirildiğini göstermişlerdi. Aktin, diğer işlevlerinin yanı sıra mekanik destek sağlayan ve hücre şeklini belirleyen bir proteindir. Aktinin hücreler içindeki düzenlenmesi, belirli bir aktin olan filamentöz aktin (f-aktin) oluşumunu hızlandıran formin adı verilen başka bir protein türü tarafından düzenlenir.
Astrocytes control quiescent NSC reactivation via GPCR signaling–mediated F-actin remodeling
Araştırmacılar, süper yüksek çözünürlüklü mikroskopi kullanarak, çapı yaklaşık 1,5 µm olan ve bir insan saçının çapından 20 kat daha küçük olan hücresel çıkıntıları incelediler.
Nöronları yerinde tutan ve gelişmelerine ve gerektiği gibi çalışmalarına yardımcı olan bir tür glial hücre olan astrositlerin, formin yolunu aktive ederek aktin filamentlerinin birleşmesini kontrol eden ve NSC’leri uyku halinden uyandıran bir zincirleme reaksiyonu başlatan Katlanmış gastrulasyon (Fog) adı verilen bir sinyal proteini türü ürettiğini buldular.
NSC’lerdeki G proteinine bağlı reseptörler veya GPCR adı verilen reseptörler, kök hücrelerde aktin filamentlerinin oluşumunu düzenleyen bir sinyal yolunu aktive ederek astrosit tarafından üretilen Fog’a yanıt verdi.
GPCR’ler görme, tat, koku, davranış, ruh hali ve bağışıklık sistemi düzenlemesinde rol oynar. Sinyal molekülleri, GPCR tipleri ve etki mekanizmaları bu rollerin her biri için farklı olsa da, hepsi moleküler anahtarlar olarak hareket eden ve hücrenin dışından içine sinyaller ileten G proteinlerini içerir. Bu nedenle, GPCR’ler çeşitli insan hastalıklarını tedavi etmek için önemli bir ilaç hedefi haline gelmiştir.
Araştırmacılar şu anda astrositlerin NSC’lerin aktivitesini etkileyen başka sinyaller üretip üretmediğini araştırıyorlar. Ayrıca insan beyninin gelişiminde benzer mekanizmaların yer alıp almadığını da araştırmayı planlıyorlar.
