İnsan beyninin hastalıklar ve yaşlanma sürecinde nasıl değiştiğini anlamaya çalışan bilim insanları, şimdiye kadarki en kapsamlı moleküler veri setlerinden birini oluşturdu. Dokuz ayrı araştırmada, beynin prefrontal korteks bölgesindeki hücrelerin hangi genleri etkinleştirdiği tek hücre düzeyinde incelendi.
Araştırmalar özellikle dorsolateral prefrontal korteks üzerinde yoğunlaştı. Planlama, karar verme, çalışma belleği ve davranışların düzenlenmesinde rol oynayan bu bölgedeki hücresel faaliyetler, farklı hastalıkları bulunan kişiler ile nörotipik kontrol grupları arasında karşılaştırıldı.
Çalışmalardan birinin kapsamı 1.494 donöre kadar ulaştı. Bu kişilerden elde edilen 6,3 milyondan fazla hücre çekirdeğinin analiz edilmesiyle Alzheimer ve Parkinson hastalıklarından şizofreni ve bipolar bozukluğa kadar farklı durumların beyindeki moleküler izleri araştırıldı. Lewy cisimcikli demans ve vasküler demans da incelemeye dâhil edilen hastalıklar arasında yer aldı.
6,3 milyondan fazla hücre çekirdeği analiz edildi
Bilim insanları çalışmalar sırasında tek hücre düzeyindeki RNA dizileme yöntemlerinden yararlandı. Böylece hücrelerin yalnızca yapısına bakmak yerine, hangi genlerin aktif olduğu ve genetik bilginin hücre içinde nasıl kullanıldığı da ayrıntılı biçimde incelendi.
Araştırmanın kapsamı nöronlarla sınırlı kalmadı. Beynin bağışıklık sisteminde görev alan hücreler, glia hücreleri ve damar yapısıyla bağlantılı hücre türleri de analize katıldı. Araştırmacılar bu yöntemle farklı hücrelerin yaşlanma ve hastalık süreçlerine nasıl tepki verdiğini karşılaştırabildi.
Bir başka çalışmada ise 1.384 donörden elde edilen 5,6 milyon hücre çekirdeği mercek altına alındı. Gen faaliyetlerinin farklı hücre türlerinde nasıl düzenlendiğini araştıran ekip, sekiz ana hücre sınıfı ile 27 alt sınıfı değerlendirdi.
Analiz sonucunda genetik düzenlemesi belirlenebilen 14 bin 258 gen tespit edildi. Yüzlerce gendeki düzenleyici etkinin ise belirli hücre türlerinde yoğunlaştığı görüldü.
Alzheimer ve Parkinson'da mikroglia hücreleri öne çıktı
Araştırmaların üzerinde durduğu temel sorulardan biri, hastalıklarla bağlantılı genetik risklerin beynin hangi hücrelerinde etkili olduğuydu.
Alzheimer ve Parkinson hastalıklarıyla ilişkili genetik özelliklerin özellikle mikroglia olarak adlandırılan bağışıklık hücrelerinde yoğunlaştığı belirlendi. Mikroglialar, merkezi sinir sisteminin bağışıklık savunmasında görev alan hücreler arasında bulunuyor.
Şizofrenide ise daha farklı bir tablo ortaya çıktı. Hastalıkla bağlantılı genetik düzenleyici varyantların yalnızca nöronlarda değil, astrositler ve oligodendrositler dâhil farklı hücre türlerinde de bağlantılar gösterdiği tespit edildi.
Tek hücre düzeyindeki incelemelerin sağladığı fark burada ortaya çıkıyor. Beyin dokusunun bütün olarak değerlendirildiği analizlerde farklı hücrelerin moleküler özellikleri aynı veri içinde birleşebilirken yeni yöntemler, genetik değişimlerin hangi hücre türlerinde yoğunlaştığının daha ayrıntılı araştırılmasına imkân sağlıyor.
Araştırma programı, Alzheimer ile ilişkili nörodejeneratif ve nöropsikiyatrik bozukluklara yönelik bugüne kadar gerçekleştirilen en kapsamlı nüfus ölçekli moleküler haritalama çalışmalarından biri olarak değerlendiriliyor.
Beyinde 65 yaş civarında yeni değişim dönemi
Bilim insanları yalnızca hastalıkları incelemedi. Araştırmaların bir bölümünde sağlıklı yaşlanma sırasında beynin moleküler yapısının nasıl değiştiği de araştırıldı.
Bu kapsamda nörotipik 284 donörden alınan örnekler incelendi. Bebeklik döneminden 97 yaşına kadar uzanan örnekler sayesinde prefrontal korteksteki moleküler değişimlerin insan yaşamının farklı dönemlerinde izlenmesi mümkün oldu.
Araştırmacılar beynin moleküler gelişiminde üç temel dönem belirledi. Yaşamın ilk yıllarında hızlı değişimlerin yaşandığı görülürken yaklaşık 24 yaşından sonra daha istikrarlı bir moleküler dönem ortaya çıktı.
İkinci büyük değişimin başlangıcı ise yaklaşık 65 yaş olarak belirlendi.
Bu yaştan itibaren bağışıklık faaliyetleri, hücrelerin stres karşısındaki tepkileri ve günlük biyolojik ritimlerle ilişkili gen faaliyetlerinde yeni değişimler gözlendi. Elde edilen veriler, normal yaşlanmanın oluşturduğu moleküler farklılıklarla hastalıklara bağlı değişimlerin birbirinden ayrılmasına yardımcı olabilir.
Harita yeni tedavi bulunduğu anlamına gelmiyor
Dokuz araştırmanın ortaya koyduğu sonuçlar, Alzheimer, Parkinson veya şizofreni için yeni bir tedavinin geliştirildiği anlamına gelmiyor. Çalışmaların temel amacı, hastalıklarla bağlantılı genetik risklerin beyinde hangi hücreleri ve biyolojik süreçleri etkilediğini daha ayrıntılı biçimde ortaya çıkarmak.
Oluşturulan moleküler haritalar sayesinde genetik risk faktörlerinin belirli hücre türleri ve gen faaliyetleriyle ilişkisinin daha ayrıntılı araştırılması mümkün olacak. Bu verilerin ilerleyen çalışmalar için olası hastalık mekanizmalarının ve tedavi hedeflerinin belirlenmesine katkı sağlaması bekleniyor.
Araştırmaların kapsamı açısından bir sınırlama da bulunuyor. Çalışmaların büyük bölümü prefrontal korteks üzerine yoğunlaşıyor. Bu nedenle beynin diğer bölgelerindeki hücresel ve moleküler değişimlerin benzer yöntemlerle araştırılması, hastalıkların beyin genelindeki etkilerinin anlaşılması açısından yeni veriler sağlayabilir.
