Beyinde bulunan ve nöral kök hücreler (NSC'ler) olarak adlandırılan kök hücreler çoğalma, farklılaşma ve hücre ölümü sürecinden geçme yeteneğine sahiptir. Beynimizdeki NSC'lerin çoğu, nörogenezi veya yeni sinir hücrelerinin oluşumunu üstlenmek için onları yeniden etkinleştirecek bir sinyal bekleyerek uykuda bir durumda bulunur.
Kanıtlar, kusurlu NSC reaktivasyonunun yaşa bağlı bilişsel gerileme ve nörogelişimsel bozukluklarla ilişkili olabileceğini ve bu sürecin altında yatan mekanizmaların belirlenmesini önemli hale getirdiğini göstermektedir. Şimdi, Duke-NUS Tıp Fakültesi ve Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS) Mekanobiyoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar daha da ileri giderek, hareketsiz NSC'leri aktive etmenin bir yöntemini keşfettiler.
Duke-NUS Sinirbilim ve Davranış Bozuklukları Araştırma Programı program direktörü ve çalışmanın sorumlu yazarı Profesör Wang Hongyan, "Bulgularımız, hareketsiz nöral kök hücrelerin yeniden etkinleştirilmesini yöneten mekanizmalar hakkındaki sınırlı araştırmaya yeni bilgiler ekliyor" dedi.
Bu çalışma için araştırmacılar meyve sinekleri (Drosophila) üzerinde deneyler yaptı. Drosophila'da, diyet amino asitlerinin varlığı, insan karaciğeri ve yağ dokusunun işlevsel bir eşdeğeri olan ve kan-beyin bariyerindeki hücreler tarafından insülin benzeri peptitlerin üretimini tetikleyen yağ gövdesi tarafından algılanır. Bu peptitler de NSC'lerde insülin benzeri büyüme faktörü 1 (IGF-1) sinyal yolunu aktive eder ve reaktivasyonlarını tetikler. İnsan NSC'leri de IGF-1 sinyali ile aktive edilir.
Drosophila'daki hareketsiz NSC'ler hücre gövdesinden uzanan bir çıkıntıya sahiptir; araştırmacılar yakın zamanda bu çıkıntının aktin mikrofilamentleri ile zenginleştirildiğini göstermiştir. Aktin, diğer işlevlerinin yanı sıra mekanik destek sağlayan ve hücre şeklini belirleyen bir proteindir. Aktinin hücreler içindeki düzeni, belirli bir aktin olan filamentöz aktin (f-aktin) oluşumunu hızlandıran formin adı verilen başka bir protein türü tarafından düzenlenir.
Çalışma sırasında Duke-NUS'ta araştırma görevlisi ve baş yazar olan Dr. Lin Kun-Yang, "Formin seviyelerindeki varyantlar insanlarda mikrosefali gibi nörogelişimsel bozukluklarla ilişkili olduğu için bu yola odaklanmaya karar verdik" dedi. Mikrosefali, genellikle anormal beyin gelişimi nedeniyle bir bebeğin kafasının beklenenden önemli ölçüde daha küçük olduğu bir durumdur. "Bu yolu anlamak, nörogelişimsel bozuklukları tedavi etmek için çözümler geliştirmeye yönelik yeni içgörüler sağlayabilir."
Süper yüksek çözünürlüklü mikroskopi kullanan araştırmacılar, yaklaşık 1,5 µm çapında, yani bir insan saçının çapından 20 kat daha küçük olan hücresel çıkıntıları incelediler. Nöronları yerinde tutan ve gelişmelerine ve olması gerektiği gibi çalışmalarına yardımcı olan bir tür glial hücre olan astrositlerin, aktin filamentlerinin toplanmasını kontrol etmek için formin yolunu aktive etmeyi içeren bir zincirleme reaksiyon başlatan ve NSC'leri uyku halinden uyandıran Katlanmış gastrülasyon (Fog) adı verilen bir tür sinyal proteini ürettiğini buldular.
NSC'lerdeki G proteinine bağlı reseptörler veya GPCR adı verilen reseptörler, astrosit tarafından üretilen Sis'e yanıt vererek kök hücrelerde aktin filamentlerinin oluşumunu düzenleyen bir sinyal yolunu aktive etti.
Duke-NUS Araştırma Kıdemli Dekan Yardımcısı Profesör Patrick Tan, "Bu, astrositlerin beyin hücresi gelişimini nasıl etkilediğine dair temel anlayışımızı ilerletmekle kalmıyor, aynı zamanda nörolojik bozukluklar, beyin yaşlanması ve yaralanmaya yönelik tedavileri ilerletmek için yeni yollar açıyor" dedi. Tan çalışmaya dahil edilmemiştir.
GPCR'ler görme, tat alma, koku alma, davranış, ruh hali ve bağışıklık sisteminin düzenlenmesinde rol oynar. Sinyal molekülleri, GPCR türleri ve etki mekanizmaları bu rollerin her biri için farklılık gösterse de, hepsi moleküler anahtarlar olarak hareket eden ve sinyalleri hücre dışından içeriye ileten G proteinlerini içerir. Bu nedenle, GPCR'ler çeşitli insan hastalıklarının tedavisinde önemli bir ilaç hedefi haline gelmiştir.
Araştırmacılar şu anda astrositlerin NSC'lerin aktivitesini etkileyen başka sinyaller üretip üretmediğini araştırıyor. Ayrıca insan beyninin gelişiminde benzer mekanizmaların rol oynayıp oynamadığını da araştırmayı planlıyorlar.
Çalışma Science Advances dergisinde yayımlandı.