Aynaya baktığınızda ne görürsünüz? Birbirinin hemen hemen aynısı iki kulak, iki
göz, iki kol ve iki bacak Görüntümüz baştan sona çarpıcı bir simetriyi yansıtır;
sağ tarafımız sol tarafımızın yansımasıdır. Ama bu yalnızca görünüşte! Çünkü
vücudumuzun içinde her şey çok farklı.
Aynaya baktığınızda ne görürsünüz?
Birbirinin hemen hemen aynısı iki kulak, iki göz, iki kol ve iki bacakÉ
Görüntümüz baştan sona çarpıcı bir simetriyi yansıtır; sağ tarafımız sol
tarafımızın yansımasıdır.
Ama bu yalnızca görünüşte! Çünkü vücudumuzun
içinde her şey çok farklı: Kalp, dalak ve pankreas solda, safra kesesi ve
karaciğer sağda...
Hatta akciğer gibi çift organlar da sağ ile sol
arasında morfolojik farklılıklar sergilerler: Sağ akciğer için üç lob ve sol
için de iki lob. Bağırsak da sürekli aynı yönde dolandığından
yanaldır.
Peki nasıl oluyor da, başlangıçta bütünüyle simetrik olan
embriyon sağı soldan ayırıp organlarını yanlamasına dizebiliyor?
Bilim
adamları uzun zamandır bu sırrı çözmeye çalışıyorlardı. Ve nihayet amaçlarına
ulaştılar. Son yıllarda, bu organizasyonun, embriyonun birkaç hücresinin
yüzeyindeki küçük kirpikler tarafından gerçekleştirilen rotasyon hareketlerinin
sonucu olduğunu belirlediler.
Kararlı bir rotasyon
Nice Ğ Sophia
Üniversitesi’nde gelişim biyolojisi ve kanser araştırma, işaretleme enstitüsünü
yöneten Stephane Noselli, 2004 yılından beri yapılan araştırmaların, simetriyi
kıran bir yapı olarak kirpiklerin rolünü gittikçe daha fazla kanıtladığına
dikkat çekiyor.
Bu son derece hassas mekanizmanın inceliklerinin keşfini
büyük ölçüde Tokyo Üniversitesi'nde anatomi ve hücre biyolojisi bölümünden
Nobutaka Hirokawa ve ekibine borçluyuz.
Bu çok hassas süreçlerle ilgili
bilgilerimizi derinleştirerek, bilim adamları iç asimetrimizin ve bununla
bağlantılı olabilecek patolojilerin sırrını aydınlatıyorlar.
Genetik
hastalık çözdü
Her şey otuz yıl kadar önce, Kartagener sendromu olarak
bilinen, ender rastlanan genetik bir hastalığa yakalanan kişilerin
incelenmesiyle başladı.
Lyon-1 Üniversitesi’nden genetik kardiyolog
Partice Bouvagnet bu hastalığı, spermlerin kamçılarının da tutulabildiği,
solunum mukoza kirpiklerinin işlev bozukluğu olarak tanımlıyor.
Bu
hastalığın en tuhaf yanı ise, kişilerde organların yer değiştirmesine neden
olması; tıpkı aynadaki gibi kalp sağa, karaciğer sola v.s. kayıyor.
Bu da
hücre kirpiklerinin kişide sağ-sol ekseninin bozulmasında kilit rol
oynayabileceğinin işareti olarak yorumlandı. Bundan sonra ise geriye, tam olarak
hangi kirpiklerin söz konusu olduğu ve bunların gelişimin hangi aşamasında
devreye girdiklerini anlamak kalıyordu.
Herşey "düğüm"le
başlıyor
Son on yılda fare üzerinde yapılan sayısız araştırma ve
özellikle de, aynı zamanda hem kirpikleri hem de iç asimetriyi etkileyen
mutasyonların incelenmesi bu asimetrinin nerede başladığının keşfedilmesini
sağladı.
Her şey "düğüm" düzeyinde başlıyor; bu düğüm, gastrülasyon
olarak adlandırılan, embriyonun gelişiminin erken bir evresinde (2 hafta),
ventral kutupta oluşan geçici, küçük bir çöküntü.
Bu aşamada, embriyon
hala tam olarak simetriktir ve sırtın, karnın, başın ve ayakların neye
dönüşeceğine karar vermiştir. Bu düğüm, her biri birer kirpikle donanmış, son
derece sıkışık 200 ila 300 hücreden oluşur.
Gizemli sinyal
Ancak
1998 yılında Hirokawa ekibinden Shigenori Nonaka video-mikroskopi sayesinde
bunun herhangi bir kirpik olmadığını belirledi. Nedeni ise, önden arkaya doğru
açık kapanan organizmamızın (iç kulak, solunum mukozalarıÉ) klasik kirpiklerinin
tersine, düğüm kirpiklerinin moleküler yapıları nedeniyle, saatin akrep ve
yelkovanı doğrultusunda dönmeleridir.
Shigenori Nonaka embriyonun
simetrisini bu hareketin bozup bozmadığını anlamak amacıyla düğümü yıkayan
embriyon dışı sıvıya floresan bilyeler ekleyip kımıldamalarını
seyretti.
Ve işte sürpriz: Hepsi aynı doğrultuda, sola doğru hareket
ediyordu. Bu ilginç fenomen bilim adamları tarafından "düğümlü akım" olarak
adlandırıldı.
Bu akım oldukça belirleyiciydi: Kirpiklerin dönerken
meydana getirdikleri bu akım embriyonu asimetrik kılmak amacıyla soluna gizemli
bir sinyal gönderiyordu.
Peki ama niye sol?
Bununla birlikte ufak
bir sorun söz konusu: Bir rotasyon hareketinin bir tarafta akım yaratırken diğer
tarafta yaratmaması için hiçbir neden yok.
Nobutaka Hirokawa'nın ekibi
geçen yıl ultra hızlı kamera sayesinde bu baş ağrıtan sorunu çözmeyi başardı.
Rotasyon eksenini üç boyutlu inceleyen ekip, bunun 40 derece embriyonun arkasına
yönelmiş olduğunu belirledi.
Kirpikler embriyonun iç simetrisini nasıl
kırıyorlar?
Embriyon gelişiminin ilk iki haftasında tamamen simetriktir.
Simetri kırılması embriyonun yüzeyindeki çukur olan ventral düğümde meydana
gelir. Bu düğüm kirpikli hücrelerden oluşmuştur. Bu kirpikler sıvıyı karıştırıp
embriyonun soluna iterek morfojen moleküllerin konsantrasyonunu
sağlarlar.
1 Kabarcıklar meydana gelir
Düğümün hücreleri
organların konumunda rol oynayan morfojen kabarcıkları serbest
bırakırlar.
2 Kirpikler harekete geçer
Bir saatin akrep ve
yelkovanı doğrultusunda dönen kirpikler kabarcıkları sola doğru
iterler.
3. Kabarcıklar solda birikir
Kabarcıklar solda birikerek
kirpiklerin karşısında patlar ve morfojenleri salıverir.
4. Simetri
kırılır
Morfojenler hücre içinde asimetriye yol açan bir dizi olayı
tetiklerler
Başka bir deyişle, kirpik eğer embriyon yüzeyinden uzakta
dikilmişse etkili bir harekete yol açıyor; düğümün hücrelerine sürtündüğünde
ise, etkisiz bir hareket onu izliyor. Sonuçta da, embriyonun soluna doğru,
sağdakine kıyasla çok daha önemli bir akım oluşuyor. Peki tüm bunlar asimetriyi
açıklıyor mu?
Bu akımın organların yanlamasına sıralanmasını nasıl
gerçekleştirdiği tam olarak bilinmediği için bu soruya kesin bir evet yanıtı
verilemiyor.
İki model
Ancak yine bu konuda da son sözü 2005
yılında Nobutaka Hirokawa söyledi. Japon araştırmacı kirpikli hücreleri
inceleyebilmek amacıyla bunları hücre zarının lipidlerine bağlanan floresan bir
maddeyle belirginleştirdi.
Kendisi araştırmalarıyla ilgili şu
açıklamalarda bulunuyor: "Sadece düğüm hücrelerini incelemeyi düşünürken, o
zamana kadar bilinmeyen bir madde olan, çapları 0.3 ila 5 mikrometre arasında
değişen ve sola düğüm akımıyla iletilen küçük kabarcıklar
belirledik."
Hirokawa bunları NVP (Düğüm kabarcık parçacıkları) olarak
adlandırıyor. Bu keşif tam da, düğüm akışının asimetriyi nasıl tetiklediğini
açıklamak için iki modelin çarpıştığı bir döneme denk geldi.
Birinci
senaryoya göre, bu akım düğümün çevresindeki kirpikler tarafından tamamen
mekanik bir şekilde hissediliyor; ikinci model ise, bu akımın o zamana kadar
bilinmeyen morfojen (canlılarda dış şekillerin oluşumu;ç.n.) molekülleri
embriyonun solunda topladığını öngörüyor.
Morfojen
hipotezi
Nobutaka Hirokawa, keşfettikleri düğüm kabarcık parçacıklarının
morfojen molekül hipotezini güçlendirdiğini belirityor. Hirokawa’ya göre,
düğümün her bölgesinden yayılan bu kabarcıklar daha sonra düğüm akımı tarafından
embriyonun sol tarafına taşınıyorlar.
Burada da patlayıp içlerindeki
Sonic Hedgehog ve retinoik asit moleküllerini salıveriyorlar. Bu ikisi de
organların asimetrik sıralanmasında rol oynuyor.
Bu moleküller hücre içi
kalsiyum düzeyini yükseltirken, bunu genlerin asimetrik aktivasyonu izliyor.
Embriyonun organojenez olarak adlandırılan (5-8 hafta) gelişim sürecinde bu
genlerin ürünleri organların yerleşimini belirliyorlar.
Nobutaka
Hirokawa, memelilerdeki asimetrinin sayısız hücre sürecinin koordinasyonunun iyi
bir örneğini oluşturduğunu kaydediyor.
Böylece göz açıp kapayıncaya kadar
geçen sürede, kirpikler kalbi sola yerleştiriyor. Daha sonra diğer kilit
işlevleri yerine getirmek üzere başka kirpikler devreye giriyor; bu işlevler,
nöronlara yer değiştirtmek, solunum yollarını artıklardan temizlemek ve
spermlerin devinimini sağlamak olarak sıralanabilir.
Sorular
sorular
Creteil'de (Fransa) Mondor Enstitüsü'nde moleküler tıp
araştırmacısı olan Estelle Escudier, kirpiklerin yaşamın sayısız evresi için
gerekli olan, aşırı karmaşık bir hücre aracı olduğunu söylüyor.
Nitekim
Kartagener sendromunda da görüldüğü gibi, bir tek genin mütasyonunun solunumdan
üremeye ya da iç asimetriye kadar geniş bir yelpazeyi etkileyen değişik
patolojilere niçin yol açtığı daha iyi anlaşılıyor.
Ancak asimetri kanıt
olmak bir yana bir dizi soruyu beraberinde getiriyor; bunlardan birincisi de
asimetrinin niçin belli bir yönünün olduğu?...
Ayrıca evrim niçin
asimetrinin bir biçimine yeşil ışık yakarken diğerini bertaraf etti? Daha temel
bir soru ise şu: Hayvanlar niçin vücudun diğer taraflarında olduğu gibi iki
yanlı bir simetri yerine iç bir asimetriye yöneldiler?
Bu sırların
çözülmesi için embriyonda asimetrinin belirlenmesinde rol oynayan moleküler,
genetik ve biyokimyasal süreçlerin daha iyi anlaşılması gerekiyor.
Anasayfa 
