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 neden olabilen nadir genetik değişiklikler üzerine çalışma yürütüyor. İnsan kök hücrelerinden geliştirilen ve "minyatür beyin" olarak adlandırılan üç boyutlu organoid modelleriyle gerçekleştirilen araştırmada, genetik bozuklukların sinir hücreleri üzerindeki etkileri inceleniyor.
Araştırmanın temel hedefleri arasında epilepsinin hücresel ve moleküler mekanizmalarını anlamak ve gelecekte hastalığın kökenindeki bozuklukları hedefleyen yeni tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesine katkı sunmak bulunuyor.
NARS1 genindeki değişiklikler mercek altında
Araştırmalarında NARS1 genine odaklandıklarını belirten Dr. Öğr. Üyesi Büşra Aynekin, bu gendeki hastalıkla ilişkili değişikliklerin sinir hücrelerinin gelişimini ve işleyişini etkileyebildiğini 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 beyin modelleri kullanılıyor
Geleneksel hücre kültürü yöntemlerinin insan beyninin karmaşık yapısını tam olarak yansıtamadığına dikkat çeken Aynekin, üç boyutlu organoid modellerinin nörolojik hastalıkların araştırılmasında önemli imkânlar sunduğunu ifade etti.
Araştırma kapsamında hastalardan elde edilen ve farklı hücre türlerine dönüşebilme özelliği kazandırılan kök hücreler kullanılıyor. Beyin dokusunun bazı özelliklerini taklit eden bu modeller sayesinde genetik değişikliklerin insan sinir hücreleri üzerindeki etkileri ayrıntılı biçimde incelenebiliyor.
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.
Çalışmalar kapsamında University College London'da (UCL) indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSC'ler) türetildi. Aynekin, bu hücrelerden yararlanarak Biruni Üniversitesinde üç boyutlu minyatür beyin modelleri üretmeyi ve genetik değişikliklerin sinir hücrelerine etkilerini araştırmayı hedefliyor.
Epileptik aktiviteye neden olan süreçler inceleniyor
Epilepsinin sinir hücrelerindeki anormal elektriksel aktivitelerle bağlantılı olduğunu belirten Aynekin, araştırmalarda hücrelerin elektriksel davranışlarını incelemek için ileri teknolojilerden yararlanıldığını aktardı.
Canlı hücre kalsiyum görüntüleme teknikleri ve çoklu elektrot dizilimleri kullanılarak sinir hücrelerinin faaliyetleri takip ediliyor. Böylece genetik bozuklukların nöronal ağların işleyişini nasıl değiştirdiği ve epilepsiyle ilişkili elektriksel bozuklukların hangi süreçlerde ortaya çıktığı araştırılıyor.
Hedef, hastalığın temelindeki bozuklukları belirlemek
Araştırmanın bir diğer ayağını hücrelerdeki protein üretim dengesinin bozulmasıyla ortaya çıkan stres mekanizmaları oluşturuyor. Aynekin, ATF4 ve DDIT3 gibi moleküler belirteçler üzerinden yürütülen incelemelerle sinir hücrelerinin gelişimini ve işlevlerini etkileyen süreçleri anlamaya çalıştıklarını 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.
Mevcut epilepsi tedavisinde nöbetlerin kontrol altına alınmasının önemli hedeflerden biri olduğunu hatırlatan Aynekin, bazı genetik hastalıklarda nöbetlerin kontrol edilmesinin altta yatan biyolojik sorunları ortadan kaldırmadığını vurguladı.
Gelecekte hücrelerdeki protein üretim dengesini ve sinir hücreleri arasındaki iletişimi yeniden düzenlemeye yönelik tedavilerin geliştirilebileceğini ifade eden Aynekin, çalışmaların henüz deneysel aşamada olduğunu ve hastalığın temelindeki mekanizmaları hedefleyen yöntemlere zemin hazırlamasını amaçladıklarını söyledi.
Beş yıllık araştırma sürecinde üç uluslararası ödül
Nadir nörolojik ve nöromüsküler hastalıkların moleküler mekanizmaları üzerine yaklaşık beş yıldır araştırmalar yürüten Dr. Öğr. Üyesi Büşra Aynekin, çalışmalarının uluslararası bilimsel platformlarda da ödüllendirildiğini belirtti.
Nöromüsküler hastalıklar alanındaki araştırmalarının üç ayrı ödüle layık görüldüğünü aktaran Aynekin, 9. Neuromuscular Kongresi'nde birincilik elde ettiklerini söyledi.
Bilimsel çalışmaların uzun soluklu bir süreç olduğuna dikkat çeken 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.
