Kök hücre Farklılaşması

Kök hücreler farklılaşma potansiyelleri sayesinde vücudun her bir yerinde farklı bir fonksiyon kazanmış canlılardır. Bu farklılaşma sayesinde küçük bir yapıdan kocaman bir organizma meydana gelmesine öncü olurlar. Sperm ile Zigotun birleşmesiyle oluşan birliktelikten başlayarak, başlangıçta küçük bir yapı taşı gibi gözüken kök hücreler, adeta planlanmış bir iş birliği ile kocaman bir organizma sistematiğinin oluşumuna sebep olurlar üstelik bu durum sürekli bir döngü halinde bir birleriyle ilişkiyi bozmadan sürer gider.

Hücre Farklılaşma Etapları

Bu farklılaşma oluşumunda hücre yapısında bulunan moleküler yapılar önemli rol oynarlar. LIF ( Lösemi inhibitör faktör) olarak adlandırılan yapı sayesinde uygun proteinlerin bağlanması sağlanarak hücrenin farklılaşması için sinyallerin verilmesi sağlanır. LIF, normal koşullar altında bağışıklık, endokrin ve sinir sistemlerinin koordinasyonunu sağlamak, inflamatuar ve duygusal stresin etkilerine yanıt olarak interlökin ailesinin (IL-6) önemli sitokinlerinden biridir ve en yaygın LIF,fare embriyolojik kök hücrelerinin farklılaşmamış pluripotent durumunu destekleyen bir faktör olarak elde edilmiştir. LIF (Lösemi inhibitör faktör)fibroblast tabakası tarafından salgılanır iken aynı zamanda kültür ortamına ilave edilen LIF ile de sağlanır (Gunawardana et al., 2003; uney et al., 2008; Novatny et al., 2009; Aghajanova, 2010) Günümüzde LIF sinyallerinin iletimi için LIF reseptörlerine bağlanıp hücre üzerindeki membranlardan geçişini sağlayan glikoprotein gp130‘un hücre çoğalmasını düzenleyen, farklı hücre tiplerinin üremesi ve farklılaşmasında rol oynadığı bilinmektedir. Bu bilgiler fare embriyolojik kök hücreleri üzerinde çalışılarak elde edilmiştir. Aynı zamanda kök hücrenin farklılaşma etaplarında JAK-STAT (signal transducer-activatorof transcription) ve SHP2Erk(protein tirozin fosfataz -Ekstraselüler sinyal düzenleyen kinaz) olarak var olan yolaklar mevcuttur. Bu yolaklardan JAK-STAT Sinyalin aktivasyonunu sağlayan transkripsiyon faktör ailesi (Signal transducer-activator of transcriptipon: STAT)fosforilizasyon işleminden sonra aktive olur ve özellikle LIF’in aktivasyonu sonucunda STAT3’ün aktivasyonu ile Embriyonik Kök Hücre çekirdeğini etkileyerek Embriyonik Kök Hücre farklılaşmadan çoğalması sağlanmış olur diğer yolaklardan SHP2Erk aktifleşmesi sonucu kök hücre farklılaşarak bulunduğu ortamın işlevini kazanmaya başlar.

Transkripsiyon Faktörleri

Transkripsiyon faktörleri organizmanın ihtiyaçlarına göre; uygun zamanda, uygun miktarda ve uygun hücrede gen ifadelenmesinin sağlanmasında görev almaktadır. Aynı zamanda bu transkripsiyon faktörlerinin çoğu gelişim sürecinde aktif olarak rol oynarlar. Pluripotensiden sorumlu transkripsiyon faktörler olan Nanog, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc ve Lin 28 proteinleri yeniden programlama etkenleri olarak tanımlanmaktadır. Fare Embriyolojik Kök Hücrelerinin pluripotentliğinin sağlanmasında özellikle Oct4, Nanog ve Sox2 rol oynar. Bu genlerin her birinin transkripsiyonunun eksikliğinde pluripotentliğin sağlanamamasından dolayı erken safhada embriyonik ölüm gerçekleşmektedir

Nanog

Nanog proteini, hücrenin nükleer bileşenine lokalize olmuş, 305 aminoasit içeren DNA materyalinin bağlanmasını kolaylaştıran bir proteindir. Nanog proteini EKH’lerin, pluripotent özelliğini etkileyen bir faktördür. Bu gen insan ile farenin embriyonik kök hücreleri ve embriyonikgerm hücreleri gibi farklılaşmamış hücrelerinde eksprese olurken; testis, over gibi farklılaşmış hücrelerde de saptanmıştır. Nanog, İHK’nin ortaya çıkmasında özellikle germ hücrelerinin oluşumunda gerekli bir proteindir. Aynı zamanda in vitro olarak farklılaşmanın engellenmesinde önemli rolü olan bir transkripsiyon faktörüdür. Nanog geninin mRNA’sı insan ve farenin pluripotent hücrelerinde bulunurken, olgunlaşmış hücrelerde bulunmamaktadır. Nanog geninin eksprese olmaması, hem EKH’lerin hem de İHK’nın kendi kendini yenileme özelliklerinin kaybına yol açar. Bu durum EKH’lerin ekstra embriyonik doku hücrelerine dönüşmelerini indükler.

Oct4

Oct-4, EKH’lerin pluripotensi özelliğinin korunmasında ana rol oynayan bir proteindir. Bu nedenle bu hücrelerin teşhisinde en iyi bilinen ve en çok kullanılanıdır. Fare blastosistineoosit tarafından getirilen ve embriyo gelişiminde ifade düzeyi kontrol altında tutulan bir transkripsiyon faktörüdür. Oct4 transkripsiyon faktörü, insanda  POU5f1 geni tarafından kodlanır. Blastosist evresindeki embriyonun iç hücre kitlesinde eksprese olur ve farklılaşma süresi boyunca ekspresyonu azalır. Bu faktörün ifade seviyesi değişkenlik göstermekle beraber hücre kaderinin belirlenmesinde oldukça önemlidir, eksik veya fazla eksprese olması EKH’lerin farklılaşmasına yol açar. Embriyonik kök hücrelerin gelişiminde bu transkripsiyon faktörününün ifade seviyesinin 3 önemli etkisi gözlemlenmektedir: Oct-4 ifadesindeki artış, hücrelerin primitif endoderm ve mezoderm yönünde farklılaşmasına neden olmaktadır. Düşük seviyede ifade edildiğinde ise; hücreler pluripotent özellikte kalmakta ve farklılaşma olmamaktadır. İfadesinin baskılanması ve eksik ifadelenmesi durumunda hücrelerin pluripotentlik kapasiteleri kaybolmakta ve sonucunda bu hücreler trofektoderm yönünde farklılaşmaktadır.

Klf

Klf (Krupple-likefactor) ailesi hücre proliferasyonu, farklılaşması, gelişimi ve apoptozisi olmak üzere pek çok biyolojik aktiviteninsürdürülmesini sağlar. Klf ailesinden Klf5, Oct4 ve Nanog’un transkripsiyonunu düzenlemekle beraber gelişimsel süreçte oldukça önemlidir. Klf4 ve Klf2 ise;EKH’lerin pluripotensliğinin sağlanmasından sorumlu Nanog, Mycn gibi başka transkripsiyon faktörlerinin ekspresyonlarını düzenlerler. Klf gen ailesi tek başlarına EKH’lerin kendilerini yenileme kapasitelerinde etkin rol oynamamaktadır.

Myc Ailesi:

Myc ailesi kanserle olan ilişkisi açısından proto-onkogen fonksiyon yürütmektedir. Yamanaka ve ark.nın yaptığı çalışmada; c-Myctrans geninin reaktivasyon kazanması sonucu uyarılmış pluripotent kök hücrelerinin yaklaşık %20’si ölümcül teratomlara neden olmuştur. Bunun sonucunda bu faktörün kullanılması, ciddi endişelere neden olmuştur. c-Myc, genomda yaklaşık 4.000 bölgeye bağlanıp genomun gevşemesini sağlayarak diğer transkripsiyon faktörlerinin genoma bağlanmasını kolaylaştırır

Lin28:

mRNA bağlayan bir proteindir. EKH’ler ve embriyonik karsinoma hücrelerinde çoğalma ve farklılaşma döngüsünde rolü bulunmaktadır. Yu ve ark.’nın yaptığı çalışmada (insan hücrelerinin programlanması) Lin28’in kullanılabileceğini göstermişlerdir; fakat daha sonra bu faktörün mutlak gerekli olmadığı gösterilmiştir.

Kaynaklar:

1. Embriyonik Kök Hücre Belirteçleri Embryonic Stem Cell Markers Maltepe Tıp Dergisi / Maltepe Medical Journal Hatice İsan1, Ayşe Uyanık2, Ranan Gülhan Aktaş Cilt: 8 Sayı: 2/ Eylül 2016 http://maltepetipdergisi.org/pdf/pdf_MTD_190.pdf
2. Prof. Mezhevikina Lyudmila Mikhailovna РОЛЬ ЛЕЙКЕМИЯ ИНГИБИРУЮЩЕГО ФАКТОРА В ПРОЦЕССАХ РОСТА И ДИФФЕРЕНЦПРОВКИ ЭМБРИОНАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК И В РАННЕМ ЭМБРИОГЕНЕЗЕ (Erken embriyogenez döneminde LIF’ün kök hücre çoğalması ve farklılaşmasındaki rolü. 13 Ekim 2011 Moskova Devlet Üniversitesi M.V. Lomonosov biyolojik fakültesi.
3. İstanbul Üniversitesi Kök Hücre Kulübü Konferansları