Biyologlar uzun zamandır semenderlerin tüm uzuvlarını yeniden büyütme yeteneğine hayran kalmışlardır. Şimdi Harvard araştırmacıları, bu başarıyı nasıl gerçekleştirdiklerinin gizeminin bir kısmını çözdüler: Sadece yaralanma bölgesinde değil, vücudun tamamında kök hücreleri aktive ederek.

Cell dergisinde yayınlanan yeni bir makalede , araştırmacılar aksolotl semenderlerindeki bu vücut çapındaki tepkinin sempatik sinir sistemi veya "savaş ya da kaç" ağı tarafından nasıl tetiklendiğini belgelediler. Çalışma, bu mekanizmaların bir gün insan uzuvlarını ve organlarını yenilemek için manipüle edilebileceği olasılığını ortaya koyuyor.

Çalışmanın baş yazarı ve Kök Hücre ve Rejeneratif Biyoloji Bölümü'nde doktora sonrası araştırmacı olan Duygu Payzin-Dogru , "Hücrelerin rejenerasyona hazırlanmasında adrenalin stres sinyal hormonunun önemini gösterdik," dedi. "Adrenalin insanlarda da bulunduğu için, bu bize aksolotlda bulduğumuz bazı şeyleri insanlarda rejeneratif sonuçları iyileştirmek için kullanabileceğimizi gösteriyor. Aynı bileşenlerden bazılarına sahibiz ve sadece bunları doğru şekilde nasıl uygulayacağımızı bulmamız gerekiyor."

Bu yeni çalışma, Meksika'ya özgü bir tür olan aksolotlarda uzuv yenilenmesini inceleyen Kök Hücre ve Rejeneratif Biyoloji Bölümü'nde doçent olan Jessica Whited'ın laboratuvarının yıllarca süren araştırmasının sonucudur. Aksolotlar, semender türleri arasında en hızlı üreyen türlerden oldukları için sıklıkla uzuv yenilenmesinin model organizmaları olarak incelenirler.

Planarya solucanları gibi bazı omurgasızlar, küçük doku parçalarından tüm vücutlarını yeniden oluşturabilirler. Ancak semenderler, tam uzuvlarını yeniden oluşturabilen tek omurgalı türüdür.

Semenderlerde bir uzuv koptuğunda, yeni bir kol, bacak veya kuyruk oluşturmak için giderek daha özelleşen öncü hücreleri içeren bir yumru olan blastema oluşur.

Bu olağanüstü yetenek, rejeneratif tıp alanında yeni bilgiler sağlayabileceği için biyologların uzun zamandır ilgisini çekmektedir. Bazı araştırmacılar, tüm tetrapodların (amfibiler, kuşlar ve memelileri içeren dört uzuvlu omurgalılar grubu) eski ortak atasının uzuvlarını yenileyebildiğinden şüpheleniyor, ancak bu yetenek daha sonra çoğu evrimsel soy hattında kayboldu.

2018'de Whited ekibi, uzuv amputasyonunun vücutta, hatta zarar görmemiş uzuv ve organlarda bile hücre çoğalmasını tetiklediğini bildirdi ; ancak bu tepkiyi hangi mekanizmaların yönettiği belirsizliğini koruyordu. Ekip, bu süreçleri çözmek için altı yıldan fazla zaman harcadı; bu araştırma nihayetinde 38 ortak yazarı içerdi.

Sistematik tepkinin, aşırı stres anlarında kalp atış hızı, solunum ve kan akışı gibi istemsiz tepkileri de kontrol eden sempatik sinir sisteminin bir parçası olan adrenerjik sinyal ağı tarafından koordine edildiğini keşfettiler. (Bu sistem, bir asırdan fazla önce "savaş ya da kaç tepkisi" terimini ortaya atan Harvard fizyoloğu Walter Bradford Cannon'ın öncü çalışmaları sayesinde tanınmıştır.) Adrenerjik sinyalleme ayrıca, her ikisi de nörotransmitter olarak işlev görebilen noradrenalin ve adrenalin hormonlarını da içerir.

Kök hücrelerin ve diğer öncü hücrelerin sistemik aktivasyonu, diğer sağlam uzuvların daha hızlı yenilenmesi için "hazırlık" sağlıyor; bu yetenek, semenderlerin vahşi doğada hayatta kalmalarına yardımcı olabilir çünkü genellikle yırtıcı hayvanlar veya yamyamlık nedeniyle birden fazla uzuvlarını kaybederler. Araştırmacılar, aktive olan hücrelerin DNA mimarilerini yeniden yapılandırarak bazı genlerin daha kolay aktive olmasını sağladığını ve böylece gelecekteki yenilenmeye hazır hale getirdiğini keşfettiler.

Payzin-Dogru, "Hayvan, vücudunun tamamında yaralanmanın kısa süreli bir hafızasını oluşturuyor gibi görünüyor," dedi. "Yaralanmayı algılayan ve bir sonraki yaralanmaya daha hızlı tepki verebilmek için 'hazırlık' moduna geçen bir şey var."

Ancak bu ön hazırlık kısa sürdü: Araştırmacılar, sistemik aktivasyonun sadece birkaç hücre döngüsü boyunca devam ettiğini buldular; bunun nedeni muhtemelen yüksek metabolik maliyetlerin yalnızca kısa süreler boyunca sürdürülebilmesiydi. Dört hafta sonra, uzuv yenilenme hızında herhangi bir fark yoktu.

Çalışma, bu sistemin farklı unsurlarının rollerini inceledi: Alfa-adrenerjik sinyalizasyon olarak bilinen bir yol, uzuv yenilenmesi için uzak hücreleri hazırlamak için gereklidir; beta-adrenerjik sinyalizasyon olarak bilinen bir diğer yol ise amputasyon bölgesinde yeniden büyümeyi teşvik eder. Adrenerjik sinyalizasyon ayrıca uzuv yenilenmesi için gerekli olan bir dizi alt süreç zincirini de tetikledi.

Bilim insanları iki yüzyıldır uzuvların yenilenmesi için sinir beslemesinin gerekli olduğunu biliyorlardı, ancak çoğu kişi bu sürecin duyusal veya motor sinirleri içerdiğinden şüpheleniyordu. Whited, "Sempatik sinirlerden bahseden çok az insan duydum" dedi.

Şimdiye kadar birçok biyolog, uzuv yenilenmesini yaralanma bölgesinde meydana gelen yerel bir olay olarak görüyordu. Ancak Whited, artan kanıtların bunun tüm vücudu kapsayan bir olay olarak ele alınması gerektiğini gösterdiğini söyledi.

Yeni çalışma hakkında, "Bence bu paradigmaları değiştirecek nitelikte," dedi. "Bunun sadece aksolotlda nasıl işlediğini değil, diğer sistemlerde nasıl işlediğini de anlamaya yönelik birçok gelecekteki çalışmaya ilham vereceğini düşünüyorum."

Bu araştırma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edilmiştir.