CRISPR Gen Düzenleme Yöntemi Kullanılarak, Neandertal ve Denisovalı Geni İçeren Neandertal-Benzeri "Mini Beyinler" Oluşturuldu!

Araştırmacılar, nesli tükenmiş iki insan akrabası; Neandertaller ve Denisovalılar tarafından barındırılan bir gen varyantını (çeşidini) içeren küçük, beyin-benzeri "organoidler" yarattılar. Kök hücre mühendisliği sayesinde insan kök hücreleri ile oluşturulan dokular, bu türlerin beyinlerinin gerçek temsilleri olmaktan uzakta; ancak boyut, şekil ve doku dahil olmak üzere insan organoidlerinden belirgin farklılıklar gösteriyorlar. Bulgular, bilim insanlarının insan beyninin evrimleşmesine izin veren genetik yolları anlamasına yardımcı olabilir.

Son çalışma, insanların evrim sürecinde kaybettiği gen varyantlarına bakarak, bu alandaki araştırmaları daha ileri bir boyuta taşıyor. Ancak Basel Üniversitesi Camp Laboratuvarı lideri Gray Camp, sonuçların etkileri konusunda şüpheci olmaya devam ediyor ve çalışmanın araştırılması gereken daha fazla soru yarattığını söylüyor.

Pixabay

İnsanlar, Neandertaller ve Denisovalılar ile günümüzde yaşayan herhangi bir primatla olduğundan daha yakından ilişkilidir ve Neandertal genomunun yaklaşık %40'ı, günümüz insanlarına yayılmış halde bulunmaktadır. Ancak araştırmacılar, eski türlerin beyinlerini incelemek için sınırlı imkanlara sahipler. Yumuşak dokuların iyi korunamamış olması sebebiyle çoğu çalışma fosilleşmiş kafataslarının boyut ve şeklini incelemeye dayanıyor.

Diğer türlerin genlerinin insanlardan ne ölçüde farklı olduğunu öğrenmek önemlidir; çünkü araştırmacıların insanları benzersiz kılan şeyin ne olduğunu anlamasına yardımcı olur.

California Üniversitesi'nde bir sinirbilimci olan Alysson Muotri liderliğindeki araştırmacılar, CRISPR-Cas9 genom düzenleme tekniğini kullanarak; NOVA1 adlı bir genin Neandertal ve Denisovalı formunu, herhangi bir hücre tipine dönüşebilen insan pluripotent kök hücrelerine entegre etmek için kullandı. Bunları, 5 milimetreye kadar organoidler oluşturabilme amacının yanı sıra normal insan beyni organoidleri ile karşılaştırmak için de ürettiler. Çalışmaların sonunda NOVA1'in antik varyantlarını ifade eden organoidlerin farklı olduğu hemen anlaşıldı. Alysson Muotri şöyle diyor:

Organoidlerin şeklini görür görmez, önemli bir şeyin üzerine bastığımızı anladık.

İnsan beyni organoidleri, tipik olarak pürüzsüz ve küreseldir; fakat antik gen organoidleri pürüzlü, karmaşık yüzeylere sahiptir ve daha küçüktür. Araştırmacılar, bunun muhtemelen hücrelerin büyümesi ve çoğalmasına ilişkin farklılıklardan kaynaklandığını söylüyor.

Pixabay

Genom Karşılaştırması

Araştırmacılar, organoidlerde hangi antik genin açığa kavuşacağını belirlemek için insan genom dizileri kütüphanesini iki Neandertal ve bir Denisovalı'nın genomlarıyla karşılaştırdılar. İnsan versiyonunun eski türlerdekinden tutarlı şekilde farklı olduğu 61 gen buldular.

Bunlardan NOVA1, beynin sinapslarını veya sinir bağlantılarını oluşturmada rol oynar ve aktivitesi değiştiğinde nörolojik bozukluklarla ilişkilendirilir.

Araştırmacıların CRISPR-Cas9 tekniğini kullanarak kök hücrelere dönüştürdüğü insan NOVA1 geni, antik varyantından tek bir baz olarak farklıdır. Bu fark, antik organoidler tarafından yapılan NOVA1 proteinindeki bir amino asidi değiştirir. Muotri şöyle diyor:

Artık tüm insanların ya da neredeyse tüm insanların eskisine değil de yeni versiyona sahip olması, bize evrimin belirli noktalarında muazzam bir avantaj sağladığı anlamına geliyor. Öyleyse şu anda sorduğumuz soru, bu avantajlar nelerdir?

Ortaya çıkan organoidler arasındaki farklar moleküler seviyede devam ediyor. Araştırma ekibi, antik gen ve insan organoidleri arasında farklı aktiviteye sahip 277 gen buldu; bu genlerden bazılarının nöral gelişimi ve bağlanabilirliği etkilediği bilinmekte.

Sonuç olarak, antik organoidler farklı seviyelerde sinaps proteinleri içeriyor ve nöronları, kontrol dokularındakilere göre daha az düzenli bir şekilde uyarılıyor. Üstelik daha hızlı olgunlaştıklarına dair kanıtlar da mevcut.

Pixabay

Büyük Fark

Ludwig Maximillian Üniversitesi'nden evrimsel genetikçi Wolfgang Enard şöyle söylüyor:

En önemli bulgu, geni atalardan kalma bir duruma geri döndürmeniz ve organoidde bir etki görmenizdir.

Kendisi böylesine küçük bir genetik farklılığın bu kadar bariz değişikliklere neden olabilmesine hayret ettiğini ancak organoidlerin tuhaf görünümlerinin neandertal beyinleri hakkında bize çok şey anlattığını söylüyor.

Camp ayrıca, bu antik gen organoidlerinin gerçek Neandertal dokusunu tam olarak temsil etme ihtimalinin düşük olduğuna da dikkat çekiyor. Bunun yerine, gözlemlenen özellikler zamanla üst üste yığılmış birçok mutasyonun bileşik etkileri nedeniyle insanlarda bulunan önemli bir proteinin değiştirilmesinin sonucu olabilir.

Bir amino asidi çıkarırsın ve beyin çalışmaz. Tıpkı Jenga gibi.

Tüm bunlara rağmen, Vanderbilt Üniversitesi'nden evrimsel sinirbilimci Suzana Herculano-Houzel, düzenlenmiş organoid yaklaşımının primatlar arasında beyin evrimini incelemek için yararlı olabileceğini söylüyor.

Muotri'nin ekibi, insan beynine içgörü sunabilecek diğer geri döndürülmüş genleri içerecek şekilde düzenlenmiş organoidler yapmayı planlıyor. Araştırmacılar, insanları şu anki durumumuza getiren evrimsel yolu anlayabilirlerse, insan beynine özgü hastalıkları daha iyi anlayabileceklerini söylüyorlar.