Tam Genom CRISPR Taraması Nöronların Oksidatif Stresteki Şaşırtıcı Hayatta Kalma Yollarını Açığa Çıkarıyor

Bir hücredeki tek bir gen açıldığında veya kapatıldığında, bunun sonucu olarak varlığı veya yokluğu hücrenin işlevini ve hayatta kalmasını etkileyebilir. Nature Neuroscience dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, UCSF araştırmacıları, insan genomundaki 20.000 genin her birini ayrı ayrı değiştirerek bu etkiyi insan nöronunda başarılı bir şekilde saptadılar. Bunu yaparken, birçok farklı hücre tipi için kullanılabilecek bir teknik ve bu yeni tekniği kullanan diğer araştırmacıların benzer bilgilere katkıda bulunabileceği bir veri tabanı oluşturdular ve tüm insan hücresi spektrumunda hastalıktaki gen fonksiyonunun bir resmini oluşturdular. Nörodejeneratif Hastalıklar Enstitüsü ve UCSF Weill Sinirbilimleri Enstitüsü'nden Doçent Martin Kampmann, ‘Bu, hastalık genlerinin altındaki mekanizmaları ortaya çıkarmanın bir sonraki önemli adımıdır; çalışmada gen dizilimi, kök hücre teknolojisi ve CRISPR alanındaki son gelişmelerden yararlanılmıştır.’ dedi. Kampmann, ‘Belirli genleri belirli hastalıklara bağlayan birçok insan genetiği çalışması mevcut. Yaptığımız çalışma, bu genlerdeki değişikliklerin hastalığa nasıl yol açtığına dair fikir verebilir ve tedaviler için hedef bulmamızı sağlayabilir’ diye açıkladı.

Ekibi, Alzheimer ve ilgili demans türleri gibi nörodejeneratif hastalıklarla ilgili olabilecek genleri saptamakla ilgileniyordu. Özellikle hücrede oksidatif strese yol açabilecek gen ekspresyonu azalmalarını arıyorlardı. Bu tür koşulların nörodejenerasyona katkıda bulunduğu düşünülmektedir.

Gen anahtarlarını çevirmek beklenmedik sonuçlar ortaya çıkarıyor

Tek tek genleri araştırmak ve işlevleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için Kampmann, CRISPR aktivasyonu/interferans veya CRISPR a/i adlı bir teknik kullanmış ve bu tekniği Howard Hughes Tıp Enstitüsü'nde araştırmacı olan Jonathan Weissman ile birlikte geliştirmiş. CRISPR a/i, bir araştırmacının tek bir geni geçici olarak kapatıp açmasına ve bu değişikliğin diğer genlerin ekspresyonunu nasıl etkilediğini görmesine olanak sağlar. Kampmann, bu aracı insan nöronunda kullanmış. En ilginç bulgularından biri normalde hücrenin atık ürünleri geri dönüştürmesine yardımcı olan prosaposin adlı bir proteinin genini kapatmanın oksidatif stres düzeyini büyük ölçüde artırması olmuş.

Nöronlarda, prosaposin, biyolojik moleküllerin ve toksinlerin çeşitli şekillerde depolanıp işlem gördüğü lizozom adı verilen hücre bölümü ile ilişkilidir. ‘İlk bakışta prosaposinin oksidatif moleküllerle hiçbir ilgisi olmamalıdır. Dikkatimizi çekmesinin nedeni bu genin yakın zamanda Parkinson hastalığı ile bağlantılı bulunmasıydı’ dedi." Asıl heyecan verici olan şey, bu CRISPR taraması ile elde edilen sonuçlarla, bu bağlantının arkasında ne olduğunu anlamamıza yardımcı olacak hücre tabanlı bir modele sahip olmamızdı.’

Ekip daha sonra prosaposin eksikliğinin nörodejenerasyonla bağlantısını anlamak için Kampmann'ın "dedektif hikayesi" olarak adlandırdığı işe başladı. Araştırmacılar, genin baskılanmasının lizozomları atık molekülleri verimli bir şekilde parçalayamayan, yaşlı hücrelerde görülen yaş pigmenti adı verilen bir maddenin birikmesine yol açtığını buldular. Araştırmacılar, yaş pigmentinin demiri hapsedip, hücre ölümüne yol açan demire bağımlı bir süreç olan feropitozu tetikleyen reaktif oksijen molekülleri ürettiğini keşfettiler. Kampmann, ‘Sadece tek bir geni etkisiz hale getirerek, sadece birkaç gün içinde, normalde insan vücudunda gelişmesi on yıllar alacak bir yaşlanma işareti yaratabiliriz.’ dedi.

Gen fonksiyonunun küresel veri tabanını oluşturma

Kampmann'ın genetik taraması, insan nöronları üzerinde gerçekleştirilen türünün ilk örneğidir. Kampmann, CRISPR brain adında erişime açık bir veri tabanı oluşturdu. Böylece konu ile ilgili bilim insanları büyük ölçekli verileri paylaşabilecek ve araştırabilecek. Bu çok önemli bir bilgi birikimi sağlayacaktır. Ekip bir sonraki adım olarak beyin hastalığında rol oynayan astrosit ve mikroglia gibi diğer hücrelerde benzer taramaları yapmayı planlıyor. Kampmann teknolojinin ve veri tabanının yaygın olarak benimsenmesini umut ediyor. ‘Artık bunu sistematik bir şekilde yapabileceğimize göre, genlerin hastalığa nasıl katkıda bulunduğunun altında yatan süreçleri gerçekten yorumlayabilir ve bu durumları tedavi etmek için yollar bulabiliriz.’