Biruni ekibi NARS1 değişikliklerini epilepsi için minyatür beyinlerde inceliyor
Biruni Üniversitesi ekibi, çocuklarda gelişimsel gecikme, mikrosefali ve dirençli epilepsiye yol açabilen genetik değişiklikleri minyatür beyinlerde inceliyor. NARS1 genine odaklanan çalışma, epilepsinin hücresel nedenlerini aydınlatmayı hedefliyor.
Biruni Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Dr. Öğr. Üyesi Büşra Aynekin ve araştırma ekibi, çocuklarda gelişimsel gecikme, mikrosefali ve tedaviye dirençli epilepsiye yol açabilen nadir genetik değişikliklerin sinir hücreleri üzerindeki etkilerini araştırıyor. İnsan kök hücrelerinden geliştirilen ve “minyatür beyin” olarak adlandırılan üç boyutlu organoid modelleriyle yürütülen çalışmaların, epilepsinin hücresel mekanizmalarının anlaşılmasına ve gelecekte yeni tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine katkı sağlaması hedefleniyor.
Nadir genetik hastalıkların neden olduğu nörolojik bozuklukların anlaşılmasında insan kök hücrelerinden geliştirilen üç boyutlu doku modellerinin önemli fırsatlar sunduğunu belirten Dr. Öğr. Üyesi Büşra Aynekin, “Araştırma ekibimizle birlikte, NARS1 genindeki hastalıkla ilişkili değişikliklerin sinir hücrelerinin gelişimi ve işleyişi üzerindeki etkilerini inceliyoruz. Laboratuvar ortamında insan beyninin bazı özelliklerini taklit eden ve ‘minyatür beyin’ olarak adlandırılan üç boyutlu kortikal organoidler kullanıyoruz. Bu modeller sayesinde epilepsiyle ilişkili hücresel bozuklukları belirlemeyi ve hastalığın temelinde yatan moleküler mekanizmaları aydınlatmayı amaçlıyoruz. Elde edeceğimiz bulguların gelecekte yeni tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini düşünüyoruz” dedi.
“Genetik bir değişiklik sinir hücrelerinin işleyişini bozabiliyor”
NARS1 geninin sinir sistemi gelişiminde önemli bir rol oynadığını belirten Dr. Öğr. Üyesi Büşra Aynekin, bu gendeki hastalıkla ilişkili değişikliklerin çocuklarda ciddi nörolojik sorunlara neden olabildiğini söyledi. Aynekin, “NARS1 geni, hücrelerin protein üretiminde görev alan AsnRS adlı enzimin üretilmesini sağlıyor. Bu enzimin işlevinin bozulması, sinir hücrelerinin normal gelişimini ve faaliyetlerini olumsuz etkileyebiliyor. Özellikle çocukluk döneminde gelişimsel gecikme, baş çevresinin normalden küçük olması anlamına gelen mikrosefali ve bazı hastalarda tedaviye dirençli epilepsi nöbetleri ortaya çıkabiliyor. Biz de araştırmalarımızda genetik düzeyde başlayan bu değişikliklerin sinir hücrelerinde nasıl bir bozukluğa yol açtığını anlamaya çalışıyoruz” diye konuştu.
“Minyatür beyinlerle hastalığın gelişimini inceliyoruz”
Geleneksel hücre kültürü yöntemlerinin insan beyninin karmaşık yapısını yeterince yansıtamadığını ifade eden Aynekin, üç boyutlu organoid teknolojisinin nörolojik hastalıkların araştırılmasında önemli fırsatlar sunduğunu belirtti. Aynekin, “Klasik laboratuvar yöntemlerinde hücreler genellikle iki boyutlu ortamlarda yetiştiriliyor. Ancak insan beynindeki sinir hücreleri çok daha karmaşık bir yapı içerisinde gelişiyor ve birbirleriyle sürekli iletişim kuruyor. Biz hastalardan elde edilen ve farklı hücre türlerine dönüşebilme özelliği kazandırılan kök hücreleri kullanarak beyin dokusunun bazı özelliklerini taklit eden üç boyutlu modeller geliştiriyoruz. Halk arasında ‘minyatür beyin’ olarak bilinen bu organoidler sayesinde, hastalığa neden olan genetik değişikliklerin insan sinir hücreleri üzerindeki etkilerini daha ayrıntılı inceleyebiliyoruz” şeklinde konuştu.
Dr. Büşra Aynekin önderliğinde yürütülen çalışmalar kapsamında, University College London’da (UCL) indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSC’ler) türetildi. Dr. Aynekin, UCL’de elde edilen bu hücreleri kullanarak Biruni Üniversitesinde üç boyutlu ‘minyatür beyin’ modelleri üretmeyi ve genetik değişikliklerin sinir hücrelerinin gelişimi ile işleyişi üzerindeki etkilerini ayrıntılı olarak araştırmayı hedefliyor.
“Epilepsiye yol açan elektriksel bozuklukları araştırıyoruz”
Epilepsinin sinir hücrelerindeki anormal elektriksel aktiviteyle ilişkili olduğunu belirten Aynekin, araştırmalarda hücrelerin elektriksel davranışlarını takip edebilen ileri teknolojilerden yararlandıklarını söyledi. Aynekin, “Sinir hücreleri birbirleriyle elektriksel ve kimyasal sinyaller aracılığıyla iletişim kuruyor. Bu iletişimde meydana gelen bozukluklar, nöronların aşırı uyarılabilir hale gelmesine ve epileptik aktivitenin oluşmasına katkıda bulunabiliyor. Araştırmalarımızda canlı hücre kalsiyum görüntüleme teknikleri ve çoklu elektrot dizilimleri kullanarak sinir hücrelerinin elektriksel aktivitesini inceliyoruz. Böylece genetik bozuklukların nöronal ağların işleyişini nasıl etkilediğini ve epilepsiyle ilişkili değişikliklerin hangi süreçlerde ortaya çıktığını anlamayı hedefliyoruz” ifadelerini kullandı.
“Amacımız hastalığın kökenindeki bozukluğu hedeflemek”
Araştırmaların uzun vadede yeni tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini vurgulayan Aynekin, özellikle hücrelerdeki protein üretim dengesinin bozulmasıyla ortaya çıkan stres mekanizmalarına odaklandıklarını belirtti. Aynekin, “Hücreler protein üretiminde bir sorun yaşadığında kendilerini korumak amacıyla çeşitli stres yanıtları oluşturuyor. Ancak bu yanıtların uzun süre devam etmesi, sinir hücrelerinin gelişimini ve işlevlerini olumsuz etkileyebiliyor. ATF4 ve DDIT3 gibi moleküler belirteçler üzerinden bu süreçleri araştırıyoruz. Amacımız yalnızca epilepsi nöbetlerine neden olan elektriksel bozuklukları anlamak değil, bu bozuklukların ortaya çıkmasına yol açan hücresel mekanizmaları da belirlemek” dedi.
Gelecekte hastalığın temelindeki bozuklukları hedefleyen tedavi yöntemleri geliştirilebileceğini ifade eden Aynekin, “Bugün epilepsi tedavisinde temel hedeflerden biri nöbetleri kontrol altına almak. Ancak bazı genetik hastalıklarda nöbetlerin kontrol edilmesi, hastalığın altında yatan biyolojik sorunların tamamen ortadan kalktığı anlamına gelmiyor. Biz hücrelerde bozulan protein üretim dengesini ve sinir hücreleri arasındaki iletişimi yeniden düzenleyebilecek yaklaşımları araştırmayı hedefliyoruz. Henüz deneysel aşamada olan bu çalışmaların, gelecekte yalnızca belirtileri değil, hastalığın ortaya çıkmasına neden olan mekanizmaları hedefleyen tedavilerin geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini düşünüyoruz” diye konuştu.
“Beş yıllık araştırma süreci üç uluslararası ödül getirdi”
Nadir nörolojik ve nöromüsküler hastalıkların moleküler mekanizmaları üzerine yaklaşık beş yıldır araştırmalar yürüttüğünü belirten Aynekin, çalışmalarının uluslararası bilimsel platformlarda da karşılık bulduğunu söyledi. Nöromüsküler hastalıklar alanındaki çalışmaların üç ayrı ödüle layık görüldüğünü söyleyen Aynekin, 9. Neuromuscular Kongresi’nde birincilik elde ettiklerini söyledi.
Bilimsel araştırmaların uzun soluklu bir süreç olduğunu vurgulayan Aynekin, “Beş yıl önce laboratuvar ortamında birkaç petri kabında gerçekleştirdiğimiz kök hücre çalışmalarıyla başlayan araştırma sürecimiz, bugün insan sinir sisteminin bazı özelliklerini taklit eden üç boyutlu modellerle devam ediyor. Elde ettiğimiz bilimsel sonuçların uluslararası platformlarda ödüllendirilmesi bizim için önemli bir motivasyon kaynağı. Ancak en büyük hedefimiz, bu çalışmaların ilerleyen yıllarda nadir genetik hastalıklarla mücadele eden çocukların ve ailelerinin yaşamına katkı sağlayabilecek yeni tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesine zemin hazırlaması” dedi.