Bir zamanlar her biri aynı potansiyele sahip birkaç hücreden oluşan insan embriyosu, gelişim sürecinde farklılaşarak organlara, dokulara ve işlevsel yapılara dönüşüyor. Ancak bir hücrenin neden beyin dokusuna, diğerinin kemik ya da karaciğer hücresine dönüştüğü sorusu hâlâ bilimsel merakın merkezinde duruyor. Araştırmalar, hücrelerin konumlarını ve rollerini belirleyen biyokimyasal sinyallerin yalnızca bir başlangıç olduğunu, bu sürecin çok katmanlı geri bildirim sistemleriyle desteklendiğini ortaya koyuyor.
HÜCRELER KONUMLARINI NASIL ALGILIYOR?
Her insanın gelişimi, başlangıçta aynı temel özelliklere sahip bir grup hücreden başlıyor. Zamanla bu hücreler bölünüyor, farklılaşıyor ve beyin, karaciğer, kemik veya kas gibi tamamen ayrı yapılara dönüşüyor. Bu dönüşümün sırrı, hücrelerin kendi çevresini “okuyabilme” yeteneğinde yatıyor. Bilim insanları uzun yıllardır hücrelerin bu olağanüstü yönlendirme sistemini anlamaya çalışıyor. Süreç, bir uygarlığın karmaşık iş bölümüne benzetiliyor.
HÜCRENİN PUSULASI: MORFOGENLER
Hücrelerin konumunu algılamasını sağlayan temel mekanizmaların başında “morfogen” adı verilen moleküller geliyor. Bu moleküller vücutta belirli bir noktadan yayılıyor ve bir yoğunluk gradyanı oluşturuyor. Hücreler ise DNA’larında bu gradyana yanıt verecek şekilde programlanmış durumda. Bulundukları yerde morfogen yoğunluğu yüksekse farklı, düşükse farklı bir gen programı devreye giriyor.
Bu kimyasal harita, hücreye “bulunduğun nokta karaciğer dokusunun bir parçası olacak” veya “burada sinir sistemi gelişecek” şeklinde talimat veriyor. Üstelik yalnızca yoğunluk değil, morfogenin hangi yönde arttığı ya da azaldığı da hücrenin davranışını belirliyor.
SÜREKLİ ÜRETİLEN, SÜREKLİ YOK EDİLEN MOLEKÜLLER
Morfogen gradyanlarının doğru çalışması için moleküllerin hem üretilmesi hem de aynı anda yok edilmesi gerekiyor. Hücre yüzeyindeki reseptörler bu molekülleri yakalıyor, parçalayarak gradyanı dengede tutuyor. Bu hassas denge bozulduğunda hücreler yanlış konum sinyali alabilir ve gelişim bozuklukları ortaya çıkabilir.
Hücreler ayrıca, “ikinci görüş” mekanizmaları da geliştirmiş durumda. Örneğin bazı hücreler çevrelerindeki morfogenleri bilerek parçalayarak gradyanın yeniden oluşmasını bekliyor. Böylece gradyanın hangi yönden geldiğini daha net belirleyebiliyor.
MORFOGENLERİN KEŞFİ VE ÇEŞİTLİLİĞİ
Morfogen fikri 20. yüzyılın başlarında ortaya atıldıysa da, ilk gerçek morfogen ancak 1980’de tanımlandı. Bu keşfin sahibi Christiane Nüsslein-Volhard, 1995 Nobel Tıp Ödülü’ne layık görüldü. İlk tanımlanan morfogen meyve sineklerinde bulunmuştu; insanlardaki örnekler daha sonra ortaya kondu.
Memelilerde çok sayıda morfogen bulunuyor çünkü gelişmeleri gereken organ çeşitliliği oldukça fazla. Embriyoda kafa–kuyruk eksenini belirleyen temel sinyal retinoik asit. Bu molekül, hücrelerin doğru konumda doğru organı oluşturmasını sağlayan Hox genlerini harekete geçiriyor.
Retinoik asit süreci başlatıyor ancak iş diğer morfogenlere devrediliyor. Bunların başında, merkezi sinir sistemi ve uzuv yapısında kritik rol üstlenen sonic hedgehog proteini geliyor. Kemik gelişiminde ise en az 13 farklı kemik morfogenetik proteini (BMP) görev yapıyor.
BİOLOJİK YEDEKLEME SİSTEMLERİ
Hücreler yalnızca kimyasal sinyallere bel bağlamıyor. Gelişim sırasında hücrelerin birbirleriyle iletişim kurduğu da biliniyor. Meyve sineği kanatlarının gelişimi sırasında hücreler komşularıyla karşılaştırma yaparak hata tespit edebiliyor.
Bazı hücreler olası bir hata sinyali aldığında morfogen oranlarını ölçerek kendini kontrol ediyor. Eğer oranlar tutarsızsa hücre, gen ifade programını yeniden gözden geçiriyor. Bu biyolojik kalite kontrol mekanizması, gelişim bozukluklarının önüne geçmek için kritik kabul ediliyor.
Kimyasal sinyallerin yanında elektriksel alanlar ve mekanik kuvvetlerin de gen aktivitesinde rol oynayabileceği düşünülüyor. Bu alan hâlâ büyük ölçüde bilinmezlik taşıyor.
