Beyin, hala bilmediklerimizin bildiklerimizden çok daha fazla olduğunu gördüğümüz harika organımız, bu günlerde daha da ilgi görüyor ve araştırmalara konu oluyor.

Scientific American Dergisinin 13 Ekim 2023 tarihli yazısına göre insan beyni üzerine çalışan araştırmacılar, şu ana kadar yapılmış çalışmaların üzerine çıkarak en büyük insan beyni hücre haritasını oluşturmayı başardılar. Bilim dünyasına yeni olan birçok hücre tipini içeren bu çalışma, bugün Science, Science Advances ve Science Translational Medicine dergilerinde yayımlandı. Yazarlara göre, bu çalışma hastalıkların, bilişin ve insanı insan yapan konuların incelenmesine yardımcı olacak.

Bu muazzam hücre haritası, bildiğimiz en karmaşık organın oldukça detaylı bir görüntüsünü sunuyor. Son derece önemli bir araştırma olduğu konusunda Avustralya'nın Melbourne kentindeki Florey Sinir Bilimi ve Ruh Sağlığı Enstitüsü'nde sinir bilimci olan Anthony Hannan, da aynı fikirde. Hannan, araştırmacıların daha önce manyetik rezonans görüntüleme gibi teknikler kullanarak insan beyninin haritasını çıkardığını ancak bu son çalışmanın, tek tek hücre seviyesinde, tüm insan beyninin karmaşık moleküler etkileşimlerini gösteren ilk haritası olduğunu ekliyor. "Bu tür haritalar gerçekten insan beyninin çok daha iyi anlaşılmasına zemin hazırlıyor."

Araştırma, yüzlerce bilim insanının işbirliğiyle oluşturulan ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri'nin Gelişmiş Yenilikçi Nöroteknolojiler Girişimi - Hücre Sayımı Ağı (BICCN) aracılığıyla Beyin Araştırmaları'nın bir parçası. Programın hedefleri arasında, yeterince anlaşılamayan beyin bozukluklarının ardındaki hücresel mekanizmaları daha iyi anlamak için insanlarda, insan dışı primatlarda ve farelerde beyin hücre türlerinin dizinlenmesi yer alıyor. 21 çalışmadan elde edilen veriler, Neuroscience Multi-omic Archive çevrimiçi deposunda kamuya açık hale getirildi.

HÜCRESEL YÖNETİM

Hollanda'daki Utrecht Üniversitesi Tıp Merkezi'nde sinir bilimci olan Kimberly Siletti ve ekibi, ölen üç erkek bağışçıdan alınan farklı doku örneklerini kullanarak bu devasa haritanın temelini attı. İnsan beyninin tamamı kapsam içine alındı ve 106 farklı noktadan 3 milyondan fazla tekil hücrenin RNA'sı dizinlendi. Ayrıca önceki çalışmalarda kullanılan bir kadın donörden alınan bir motor korteks diseksiyonunu(*)  (kesayır) da içeriyordu. Analizleri, 3.000'den fazla alt türü içeren 461 geniş beyin hücresi kategorisini belgeledi. Siletti, "Kaç tane farklı hücre tipinin bulunduğunu görünce şaşırdım" diyor.

Beyinde ve sinir sisteminde sinyal gönderip alan hücreler olan nöronlar, beynin farklı bölgelerinde büyük farklılıklar gösteriyordu; bu da farklı işlevlere ve gelişim geçmişlerine işaret ediyordu. Nöronların ve diğer hücre türlerinin karışımı da her bölgede farklılık gösteriyordu; bazı hücreler yalnızca belirli yerlerde bulunmuştu. İsveç'in Stockholm kentindeki Karolinska Enstitüsü'nde moleküler sistem biyoloğu olan çalışmanın yazarlarından Sten Linnarsson, beyni omuriliğe bağlayan nispeten az çalışılmış bir yapı olan beyin sapının özellikle yüksek sayıda nöron tipini barındırdığını söylüyor. "Buradaki en büyük sürprizlerden biri beyin sapının ne kadar inanılmaz derecede karmaşık olduğu."

Anlaşıldığı üzere sürprizlerden biri de beyin sapı. Oldukça karmaşık olduğu fark edilen beyin sapı solunum, kalp atışları, kan basıncı ve uyku-uyanıklık gibi hayati işlevlerin kontrolünden sorumlu bir merkez. Beyinden gelen sinyaller beyin sapından geçtikten sonra bedenimize dağılır. Beyin sapının sağlığının bozulması demek bizim sağlığımızın bozulmasıdır. Bu yeteri kadar bize açıklıyor ne kadar önemli olduğunu ama ileride daha fazla öğreneceğimiz ortada.

Farklı hücrelerde gen düzenleme ve ekspresyon(**) mekanizmalarını inceleyen diğer çalışmalar. California, La Jolla'daki Salk Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü'nde moleküler biyolog olan Joseph Ecker ve meslektaşları, aynı üç donörden alınan doku örneklerini kullanarak beyni epigenetik bir mercek aracılığıyla araştırdılar. 500.000'den fazla hücrede genleri açıp kapatan kimyasal belirteçleri analiz ettiler. Anahtar görevi gören çeşitli moleküller, ekibin yaklaşık 200 beyin hücresi tipini tanımlamasını sağladı. Aynı tip hücredeki aynı gen bile beyinde farklı özelliklere sahip olabilir. Bir gen, beynin ön kısmındaki bir anahtarla ve arkadaki başka bir anahtarla çalıştırıldı. Salk Enstitüsü'nde hesaplamalı biyolog olan çalışmanın ortak yazarı Wei Tian, ​​"Dikkat çekici bölgesel farklılıklar var" diyor.

Ecker, beyin hücrelerinde gen ifadesini etkinleştiren veya bloke eden anahtarların belirlenmesinin, beyin bozukluklarının teşhisinde ve kişiye özel tedavilerin geliştirilmesinde yararlı olabileceğini söylüyor. "Bu, oluşturduğumuz araç kutusundan çıkan başka bir araç" diyor.

HASTALIK RİSKİ

Genetik değişimlerin hastalık riskine nasıl katkıda bulunabileceğinin anlaşılmasını geliştirmek, San Diego'daki Kaliforniya Üniversitesi'nden moleküler biyolog Bing Ren ve ekibinin de odak noktasıydı. Üç donörden gelen bir milyondan fazla beyin hücresinin genetik bilgiye nasıl eriştiğini ve kullandığını analiz ettiler. Araştırmacılar, belirli beyin hücre tipleri ile bipolar bozukluk, depresyon ve şizofreni gibi nöropsikiyatrik bozukluklar arasındaki bağlantıları ortaya çıkardı.

Ren ve meslektaşları, genetik anahtarların gen düzenlemesini nasıl etkilediğini ve nörolojik hastalık riskini nasıl artırdığını tahmin etmek için hücre tipi verilerini kullandılar. Örneğin, ölü veya hasarlı hücreleri temizleyen mikroglia adı verilen hücrelerde, bazı genetik anahtarların varlığı, Alzheimer hastalığının riskleriyle güçlü bir şekilde bağlantılıydı. Bu tür bulgular, belirli genlerin veya hatalı anahtarların hastalığın başlangıcına doğrudan katkıda bulunup bulunmadığını test etmek için kullanılabilir. Ren, "Bu mümkün oldu çünkü ilk kez yüzlerce farklı hücre tipinin genetik anahtarlarını tanımladık" diyor.

Ren, BICCN ekibi için bir sonraki adımın beynin tüm bölgelerinden daha fazla hücre sıralamak olduğunu söylüyor. Araştırmacılar ayrıca insan beyninin popülasyonlara ve yaş gruplarına göre nasıl değişebileceğinin bir resmini oluşturmak için daha fazla doku örneğiyle çalışacak. Ren, "Bu yalnızca başlangıç" diyor.

Belli ki beynin sırlarını aralamak için çalışmalar tüm hızıyla sürüyor.

Diseksiyon:  Herhangi bir organizmanın iç yapısını incelemek üzere dışını yarıp parçalara ayrılmasıdır.

Ekspresyon: Bir genin uygun şartların meydana gelmesi halinde veya zamanının gelmesi durumunda içeriğindeki bilginin aminoasit ya da protein yapılarına dönüşme sürecidir. Basitçe açıklarsak bu durum genlerin açık (aktif) olup olmadıklarını da tanılar. Ekspresyon, “gen ifadesi” olarak da bilinir.