Harvardlı bilim insanları, hücrelerde minik bir "zaman kapsülü" oluşturmanın bir yolunu icat ettiler; bu kapsül, normalde kaybolduktan çok sonra bile geri alınabilen gen ifadesinin arşivsel bir kaydını koruyor.

MIT ve Harvard'ın Broad Enstitüsü'nün çekirdek üyesi ve kök hücre ve rejeneratif biyoloji doçenti Fei Chen , yeni çalışmayı yöneterek, "Bu, hücre için bir zaman makinesi gibi," dedi. "Bir hücreye şimdi bakarak geçmişinin bugünü nasıl etkilediğini görebilirsiniz; örneğin, bir kanser hücresinin ilaçlara dirençli hale gelmesine neden olan geçmişteki genlerin hangileri olduğunu anlayabilirsiniz."

"TimeVault" olarak adlandırılan yeni teknik, 15 Ocak'ta Science dergisinde yayınlandı . Amacı, hücre araştırmalarındaki uzun süredir devam eden bir sınırlamayı aşmak ve hücre farklılaşması, strese yanıt, adaptasyon veya ilaç direnci gibi konuları incelemek için yeni bir araç sunmaktır.

Biyologlar uzun zamandır hücrelerin yaşam döngüsünü ve gelişim ve hastalık gibi süreçler sırasında meydana gelen moleküler değişiklikleri incelemek için yöntemler arıyorlar.

Ancak mevcut tekniklerin çoğu bu süreçleri zaman içinde ölçemez. Örneğin, RNA dizilemesi gen ifadesinin yalnızca tek bir anlık görüntüsünü sağlar ve hücreyi tahrip eder.

Hücresel aktiviteye dair farklı bakış açıları sunan çok sayıda başka teknoloji var, ancak hiçbiri sürekli bir kayıt tutmuyor.

Bu engeli aşmak için Chen Laboratuvarı, gen aktivitesini kaydetmenin, bilgiyi canlı hücrelerde depolamanın ve daha sonra geçmiş olayların hücrenin kaderini nasıl etkilediğini görmek için bu bilgiyi geri almanın bir yolunu geliştirmeyi amaçladı.

Araştırmacılar ilk olarak enkapsülin adı verilen bakteri proteinleriyle deneyler yaptılar, ancak bunlar iyi sonuç vermedi. Daha sonra kasa olarak bilinen gizemli yapılar hakkında bir makale okudular.

Erken dönem araştırmacıların onları katedrallerin kubbeli tavanlarına benzetmesinden dolayı bu adı alan kubbeler , hücrelerin içinde doğal olarak oluşan gizemli yapılardır. Çekirdek veya mitokondri gibi zarla çevrili organellerden daha küçük olmalarına rağmen, kubbeler insan hücreleri tarafından üretilen en büyük parçacıklardır ve en bol bulunanlar arasındadır; çoğu hücrede yaklaşık 10.000, bazı bağışıklık hücrelerinde ise 100.000'e kadar kubbe bulunur.

40 yıl önce ilk kez keşfedilen bu yapıların işlevi hala bilinmiyor. Futbol toplarına veya el bombalarına belirsiz bir şekilde benzeyen bu yapılar çoğunlukla içi boştur; yani diğer molekülleri depolamak üzere tasarlanabilirler. Daha da iyisi, hücrelerin içinde zaten var oldukları için bağışıklık tepkisi tetiklemezler.

"İlk denediğimizde, kapsüllere göre çok daha iyi sonuç verdi; yaklaşık 10 kat daha iyiydi," dedi Chen. "Bu yüzden hemen yaklaşımımızı bu tür kapsülleri kullanmaya çevirdik."

Öncelikle, bu yöntem bir "transkriptom" veya hücrenin o anda ürettiği tüm haberci RNA'ların (mRNA) bir envanterini oluşturur. (Çoğu hücre genomun tam kopyalarını içerir, ancak herhangi bir anda yalnızca belirli genler ifade edilir ve böylece proteinleri oluşturmak için mRNA talimatlarını üretir.)

Sistem, doğal olarak mRNA'ya bağlanan ve gen aktivitesinin transkriptlerini üretmek için yaygın olarak kullanılan poli(A) bağlayıcı proteinleri kullanır. Biyomühendislik ile araştırmacılar, bu proteinleri doğal olarak kasa oluşturan diğer proteinlere bağladılar. Kasa şeklini alıp kapandığında, transkript bilgisi içine hapsolur.

"Bu, RNA için bir mıknatıs gibi," diye açıkladı Kenneth C. Griffin Fen ve Edebiyat Fakültesi'nde kimyasal fizik alanında doktora öğrencisi ve makalenin baş yazarı Kevin Yu-Kai Chao . "Sonra kasa bu mıknatısı yakalayacak."

Bu kasalar koruyucu kaplar gibi davranarak RNA'yı enzimlerin neden olduğu normal bozulmadan korur.

Araştırmacılar deneylerde, TimeVault'ların RNA'nın korunma süresini yedi kattan fazla uzattığını buldular; hücre sitoplazmasındaki yaklaşık 17 saatlik yarı ömür, kasaların içinde 132 saate kadar uzadı.

Bu bilgi, yavru hücrelere bile aktarılır. Hücreler bölündüğünde, bu yapılar yavru hücreler arasında paylaştırılır.

Ardından araştırmacılar, kimyasal teknikler kullanarak kasaları çözdüler ve geçmiş faaliyetlere ait transkriptom anlık görüntülerini bir araya getirdiler; bu anlık görüntüler daha sonra alınan diğer anlık görüntülerle karşılaştırılabilir.

Chao, "Bu, geçmişle gelecek arasında bir bağlantı," dedi. "Daha önce böyle bir bağlantı yoktu."

Araştırmacılar, hücreleri ısı şokuna ve hipoksi (düşük oksijen) taklitine maruz bırakarak yöntemi test ettiler; bu iki stres faktörünün gen ifadesi üzerindeki etkileri iyi bilinmektedir. Her iki durumda da, TimeVault'lar, hücrenin ana gövdesinden kaybolduktan çok sonra bile klasik hücresel tepkilerin kanıtlarını korudu.

Bir başka deneyde ise ekip, bu yöntemi kullanarak bazı kanser hücrelerinin neden tedavi edici ilaçlara dirençli hale geldiğini inceledi.

Araştırmacılar şu ana kadar bu yöntemi yalnızca tek bir zaman noktasını kaydetmek için kullandılar, ancak yöntemin birden fazla zaman noktasını kaydetmek için uyarlanabileceğini ve belki bir gün bilim insanlarını "kara kutu" uçuş kayıt cihazının hücresel bir versiyonuna daha da yaklaştırabileceğini umuyorlar.

"Bu, bir hücrenin tarihine bakmanın ve onu gelecekle ilişkilendirmenin ilk yolu," dedi Chen. "Araştırma ve potansiyel olarak tedavi açısından birçok harika uygulama olacağına inanıyoruz. Bunu bilim camiasıyla paylaşmaktan gerçekten heyecan duyuyoruz."

Öncü biyologlardan biri olan ve "Kasa Adamı" olarak bilinen Leonard Rome, şimdiden heyecanlı. UCLA David Geffen Tıp Fakültesi'nde Seçkin Profesör olan ve ekibi 1986'da kasaları ilk keşfeden Rome, hâlâ gizemli olan bu yapıların yenilikçi mühendisliği nedeniyle yeni yöntemi alkışladı. "Açıkçası, Dr. Chen'in kasa parçacığının özelliklerini bu şekilde kullanabilmiş olmasından ve böylece bir hücrenin tarihini incelemek için tamamen yeni bir yöntem sunabilmiş olmasından çok memnunum," dedi.