Hücre Rekabetinin Türler Arası Kimerizm Üzerindeki Etkileri ve Önlenmesi
Menşura Feray ÇOŞAR - Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Fen Edebiyat Fakültesi, İstanbul Teknik Üniversitesi
Somatik hücrelerin birbirleriyle rekabeti , hücre-hücre etkileşimlerine dayanan çok hücreli yaşam içerisinde sıkça görülür [1]. Bir doku içindeki rekabetçi etkileşimler yoluyla belirli bir hücre popülasyonunun spesifik olarak ortadan kaldırılması, hücre rekabeti sayesinde aşamalı apoptoza sürüklenme yoluyla mümkündür [1,2]. Drosophila melanogaster organizması üzerinde yapılan çalışmalarda, mutant hücre sınıfının ortadan kaldırılmasıyla hücreler arasındaki farklılıklardan kaynaklanan beklenmedik sonuçların elendiği gösterilmiştir [1]. Hücre rekabeti daha çok ribozomal proteinleri kodlayan genlerde meydana geldiği bilinen resesif mutasyonlar (Rp) üzerinde çalışılmıştır. Çalışılan resesif mutasyonların; bu mutasyonları içeren heterozigot sineklerin vahşi tip sineklerden daha yavaş bir gelişim hızı göstermesine neden olduğu anlaşılmıştır. Drosophila melanogaster sineklerindeki heterozigot mutasyon taşıyıcı hücreler ( Rp +/– hücreleri), vahşi tip hücrelerin de mevcut olduğu hızla büyüyen dokulardan aşamalı olarak elimine edilir, hücre rekabetini kaybederler. İncelemeler sonucu tek bir Rp +/+ hücresi bile, Rp +/– hücreleri kaybolduğu için neredeyse tüm gelişimsel bölmeleri kolonize edebilme yeteneği içerdiğini ortaya çıkartılmıştır [1]. Hücrelerin genetik olarak veya başka şekilde farklılık gösterdiği ve hücre-otonom büyüme farklılıklarının pasif bir sonucu olarak ortaya çıkan hücre rekabeti, genellikle farklılaşmayı indükleyici bir koruma mekanizması, gelişim süreci devam basamağıdır.
Şekil 1:Drosophila melanogaster imaginal disklerinde ribozomal proteinlerde heterozigot olarak mutasyon içeren, Rp +/– hücrelerinin, vahşi tip olan Rp +/+ hücrelerine yakın olduklarında aşamalı olarak apoptoza uğramalarını temsil edilmektedir [1].
Şekil 2:Rp +/– hücreleri etrafında; hücre rekabeti sırasında zorunlu olarak apoptoza sürüklenen hücrelerin bir kanıtı olarak programlanmış hücre ölümünde temel rol oynayan proteaz enzimleri olan kaspazların varlığını göstermektedir [1].
Wu ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada türler arası bir pluripotent kök hücreler (PSC) kullanılarak ortak kültür uygulanmış ve türler arasında önceden bilinmeyen bir hücre rekabeti oluşumu gözlemlenmiştir [2]. Olgun pluripotent hücrelerde ve evrimsel olarak uzak türlerden alınan kök hücreler arasında meydana gelen hücre rekabeti; P53 ve NF-κB sinyal yolu ile ilgili genlerin, popülasyonda daha az olan insan hücrelerinde yukarı doğru düzenlenmesinde rol oynamaktadır [2].
Şekil 3: İnsan ve fare kök hücrelerinin rekabetinin şematik özetidir [2]
Yapılan çalışmada; hücre rekabetinde önemli bir oyuncu olarak ortaya çıkan Proapoptotik gen Trp53 nakavt hücre kültürleri oluşturularak P53'ün mEpiSC'ler ile ortak kültür sırasında insan hücresi ölümüne dahil olup olmadığını tespit etme amacı güdülmüştür [2]. P53 seviyelerini azaltmak için kısa RNA (shRNA) kullanılarak TP53 nakavt ( TP53 KO ) hücreler elde edilmiştir [2]. Pro-apoptotik TP53 geninin nakavt edilmesi, mEpiSC'lerle birlikte kültürlendiğinde insan prime edilmiş PSC'lerin rekabetten etkilenmeyerek, insana ait hücrelerin hayatta kalmasının desteklenebileceği öne sürülmüştür [2]. Oluşturulan nakavt P65 HFF-HIPS hücrelerde (P65 KO hiPS hücreleri); NF-KB sinyal aktifleştirmesinin apoptoza uğratılacak insan hücrelerinde olup olmadığı üzerine gidilmiş ve P65 KO hiPS hücrelerinde, genomik stabilite ve korunan pluripotent durumuna rastlanmıştır [2]. Birlikte kültürlenmiş mEpiSC'ler ve P65 KO hiPS hücreleri arasında rekabetçi etkileşimin gölenmemesi hızlandırılmış konfokal mikroskopi ile teyit edilmiştir.
Şekil 4: a-İnsan-fare kimerik embriyolarının ex vivo ve in vivo oluşumunu gösteren şemayı temsil etmektedir. b- Kimerizmi iyileştirmek için yapılan anti apoptik faktör müdaheleleri (MYD88 KO , P65 KO , TP53 KO ve BCL2 OE ) içeren hücreler ve control amaçlı kullanılan yabanıl tip hiPS hücrelerinin blastosist enjeksiyonundan sonra ex vivo kültür sırasında belirtilen zaman noktalarında eGFP + fare embriyolarının yüzdelerini gösteren çizgi grafiklerini temsil etmektedir. [ n = 3 (kontrol), n = 4 ( MYD88 KO ), n = 6 ( P65 KO ), n = 6 ( TP53 KO ) ve n = 3 (BCL2 OE ) bağımsız enjeksiyon deneyleri] [2].
Türler arası kimerizmin ilk engeli olarak kabul edilen apoptoza önlem olarak çalışılan hücrelerde anti-apoptotik faktörlerin yapılan genetik müdahalelerle çokça ifade edilmesi, erken fare ve domuz embriyolarında insan kök hücreleri (PSC) kimerizmini iyileştirmiştir [3] . P53 ve NF-κB aktivasyonunun kaybeden hücrelerin ortadan kaldırılmasını sağlayan türler arası kök hücre (PSC) rekabeti, hücrelerin birbirleri ile temas etmesine bağlıdır [2]. Çalışılan hücrelerde NF-κB veya P53 yolunun etkisizleştirilmesi, yapılan kimerizm çalışmalarında insana ait kök hücrelerin fare embriyolarına uygulanması esnasında fare embriyosu içinde insan hücresinin hayatta kalmasını ve kimerizmini geliştirdiği ispatlanmıştır [2]. Wu ve arkadaşları insan hücresi ölümünü, hazır pluripotent evresi sırasında türler arası hücre rekabetine bağlamış ve uygulamada kullanılacak insane ait kök hücrelere anti-apoptotik faktörler için müdahelelerde bulunarak yapılan kimerizm çalışmasını verimli hale getirmişlerdir.
Günümüzde organ transplantasyonu için kullanılması ön görülen kimerizm çalışmaları insane ait kök hücrelerin farklı türdeki canlıların embriyoları içerisine yerleştirilirek gelişim sürecinde görülen farklılaşmanın ifade edilmesini amaçlar. Başka bir türe ait embriyo içinde insana ait kök hücrelerin farklılaşması fikri etik sorunları beraberinde getirse de kontrol mekanizmaları aracılığıyla son yüzyılda büyük potansiyel vaad etmektedir. Sadece yakın türler arasında uygulanan ve kayda değer sonuçlar elde edilen kimerizm çalışmaları, hücre rekabeti gibi verimliliği azaltan, insan hücrelerini apoptoza sürükleyen durumlar için yapılan müdahalelerle daha verimli hale getirilebilir. Hatta bu tarz çalışmalarla birbirinden uzak türler arasında dahi kimerizm çalışmalarının önü açılarak, farklı kök hücrelerin başka türe ait embriyolar içinde farklılaşması gerçekleştirilebilir.
Referanslar
Baker, N.E. Emerging mechanisms of cell competition. Nat Rev Genet 21, 683–697 (2020). https://doi.org/10.1038/s41576-020-0262-8
Zheng, C., Hu, Y., Sakurai, M. et al. Cell competition constitutes a barrier for interspecies chimerism. Nature 592, 272–276 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03273-0
Wang, X., Li, T., Cui, T., Yu, D., Liu, C., Jiang, L., Feng, G., Wang, L., Fu, R., Zhang, X., Hao, J., Wang, Y., Wang, L., Zhou, Q., Li, W., & Hu, B. (2018). Human embryonic stem cells contribute to embryonic and extraembryonic lineages in mouse embryos upon inhibition of apoptosis. Cell research, 28(1), 126–129. https://doi.org/10.1038/cr.2017.138