Kemik ve Yağ Sentezi
Bugünkü yazımda sizlerle bir makale incelememi paylaşmak istiyorum. Makalenin kendisine ulaşmak istiyorsanız sondaki “Yararlanılan Kaynaklar” bölümündeki ilk makaleye bakmanız yeterli olacaktır. Önerileriniz, yorumlarınız için benimle iletişime geçmekten lütfen çekinmeyin. Sizin de tecrübe ve eleştirilerinizle daha anlaşılır, daha doğru, daha güzel yazılar paylaşmak en büyük hedefim. Hepinize iyi okurlar dilerim.
Mesenkimal kök hücreler(MSCs) birçok organın(kas, karaciğer, kemik iliği..) bağ dokusunda bulunmakla birlikte farklılaşabilen, doku eksikliğinde gerekli yere gidip yeterli çoğalmayı sağlayan, yani kısaca dokudaki homeostasiyi sağlayan temel yapılardan biridir. MSCs’nin gerektiği gibi farklılaşmaması veya yetersiz fonksiyonu yaşa bağlı bazı kırılganlıklara yol açabileceği gibi sarkopeni, osteopeni(“-peni” kitle ve işlevde yetersizlik eki olarak düşünülebilir) ve obeziteye bağlı hastalıkların da sebebi olabilir. Dolayısıyla dokunun doğru bir şekilde yenilenmesi için tedavilerde MSC’ler uygun bir hedef olarak gösterilir. MSCs’in osteoblast ve adiposite farklılaşması sırasında transkripsiyonel ve epigenomik değişimlerinin kapsamlı bir incelemesini yapmak üzere yavaş yavaş bulgulardan bahsedebiliriz.
İnsan kemik iliğinden elde edilen MSC’lerin farklılaşması sırasında transkriptomun geçici profili
Ölçümler sonrasında anlaşıldı ki adipogenesis sırasında osteogeneze göre gen ekspresyonu(upregulasyon ve downregulasyon)daha büyük oranlarda değişti. Dolayısıyla adiposit oluşumuyla alakalı genlerdeki gen aktivasyonu osteoblastınkilere göre daha fazlaydı. Bunun sebeplerinden biri farklılaşmamış MSC’lerde de osteoblastla bağlantılı genlerin daha fazla eksprese ediliyor olmasıdır. Diğer önemli bir bulgu da farklılaşmanın 7. gününde osteoblast oluşumu adiposit oluşumuna göre daha çok hücrede bir anda başlıyor.
Osteogenez MSC’nde zaten aktif olan genlerin indüksiyonuyla bağlantılıyken, adipogenez MSC’deki aktif genlerin downregülasyonu ve aktif olmayan genlerin upregülasyonunu içeriyor.
MSC’ler çalışılan hücre modeline bağlantılı olmaksızın osteoblastlara adipositlere kıyasla daha çok benziyor
Transkriptom veri analizi; insan kemik iliğinden elde edilen MSC’lere, insan derisinden elde edilmiş birincil doku hücrelerine, in-vitro farklılaştırılmış fare kemik iliğinden elde edilmiş birincil MSC’lere bağlı olmaksızın gösterdi ki osteoblastların transkriptomu adipositlere göre MSC’lerin transkriptomuna daha çok benziyor.
Verilerle bağlantılı olarak kemik iliğinden ya da yağ dokusundan izole edilmiş MSC’ler adipogenesis sırasında geldikleri yerlere bağlantılı olmaksızın osteogenesise göre daha çok genetik değişim gözlemlenmiş. Bu da bir bakıma osteoblastların farklılaşmış fibroblastlar olduğu önerisiyle uyumludur.
Osteogenesis ve Adipogenesis enhancer aktivasyonu bakımından birbirlerinden farklılaşır
Enhancer belirli hücre tipine özel transkripsiyonu sağlamak adına oldukça önemli genomik düzenleyici faktördür. MSC’den adiposit oluşumu sırasında osteoblast oluşumuna göre enhancer aktivitesinde artma ya da azalma olarak daha belirgin bir fark gözlemliyoruz. İkinci olarak adipogenesis sırasında enhancer aktivitesi ve kromatin erişilebilirliği(chromatin accessibility) değişimi benzerken, osteoblast oluşumu sırasında enhancer aktivitesi değişimi kromatin erişilebilirliğinkine göre daha hareketliydi. Kromatin erişilebilirliği; genomun belirli bölgelerine düzenleyicilerin(promoter, enhancer, silencer, insulator) bağlanabilmesi dolayısıyla DNA’nın regülasyona açık hale gelmesi olayıdır.
İnsan kemik iliğinden elde edilmiş MSC’lerin ostegenezi sırasında önceden belirlenmiş enhancer aktivasyonu gerekirken, adipogenezi sırasında enhancer’ın de novo(kendiliğinden oluşan)ortaya çıkıp aktivasyonu gerekmektedir.
Quantitative expression trait ve mezenkimal doku hastalıklarıyla bağlantılı fonksiyonel dizi varyasyonları için dinamik enhancer profilleri zenginleştirildi
Adiposit ve osteoblast farklılaşması sırasında regüle edilen genlerle ilişkili eQTL(Expression Quantitative Trait Locus)’lar, benzer geçici aktiviteye sahip enhancer’larla yüksek oranda zenginleştirildi. eQTL, bir genin ne kadar ekprese edildiğini(mRNA seviyesini) düzenleyen genomik bölgenin adıdır. Dinamik enhancer’lar yağ ve kemik doku fonksiyonuyla alakalı hastalık yapıcı SNP(single nucleotide polymorphism)’leri; inflamatuar bağırsak hastalığı, Alzheimer, astım, menopozla bağlantılı SNP’lere göre daha çok bulunduruyor.
Tespit edilmiş enhancer’lar, MSC’lerin in vitro farklılaşması sırasında transkripsiyonel regülasyonu için oldukça önemlidir.
Makine öğrenmesi stratejileri adipogenez ve osteogenezi tetikleyen aşamaları öngörüyor
Osteoblastların enhancer aktivitesine en fazla katkıda bulunan transkripsiyon faktörleri farklılaşmamış MSC’lerde zaten yüksek bazal aktiviteye sahiptir ve sadece mRNA seviyesinde düzenlenmiştir. Adipositlerde ise enhancer aktiviteye en çok katkıda bulunan motifler MSC’lerde nadiren aktiftir ve transkripsiyonel olarak düzenlenmesi daha muhtemeldir.
Adipogenezi yürüten transkripsiyon faktörleri osteogenezi yürütenlere göre süreçleri daha hızlı düzenliyor
Farklılaşma sırasında her iki grup için de birbirlerine yakın sayıda transkripsiyon faktörünün düzenleyici olarak rol aldığı tahmin edilse de adipositlere özgü transkripsiyon faktörlerinin birbirlerini düzenleyicilik bağlamında daha çok etkilediği ve daha hızlı regüle ettiği görülmüş.
Adipositlerle alakalı gen kümeleri(bir dizi homolog gen) osteoblastla alakalı gen kümelerine göre birbirleriyle bağlantıları daha güçlüdür. Adipositlerin gen programları daha belirgindir ve rastgele dağılım göstermezler.
MSC’lerin transkripsiyon faktörlerinin bir alt kümesi osteogenezi devam ettirirken adipogenezi durdurur
Farklılaşma sırasında enhancer aktiviteyi düzenleyen transkripsiyon faktörlerinin büyük bir kısmı MSC ve osteoblastlarda daha fazla aktif olmasına rağmen, adiposit farklılaşması sırasında daha az aktiflik göstermiştir.
Osteogenik kök hücre faktörlerinin aktivite profiline katkı sağlayan 202 faktör öngörülmesine rağmen, faktörlerin teker teker knockdown edilmesi(ekspresyonunun azaltılması)farklılaşmayı engellemek için yeterli. Dolayısıyla bu faktörler hem enhancer aktivitede hem de gen düzenlenmesinde önemli işlevleri var.
Osteogenik kök hücre faktörleri insan mezenkimal biyolojisi tarafından kapsanıyor
Osteogenik kök hücre faktörlerinden bazıları; osteoporoz, yaşlılık, obezite, insülin direnci durumlarına göre farklılaşan ekspresyon gösterdiler. Öngörülen 202 kök hücre faktörü diğer transkripsiyon faktörlerine göre daha farklı eksprese edilmişti.
Sizin de görebileceğiniz gibi oldukça kapsamlı, bol metotlu ve çarpıcı bir makaleyle karşı karşıyayız. O zaman ben de makalenin son cümlesiyle bitireyim.
MSC farklılaşmasının moleküler mekanizmalarını tanımlamak, yaşlanma ve metabolik hastalıklar sırasında MSC fonksiyonunun sürdürülmesi bakımından etkili stratejiler geliştirmek için bir önkoşuldur.
Yararlanılan Kaynaklar
1.Rauch, A. Osteogenesis depends on commissioning of a network of stem cell transcription factors that act as repressors of adipogenesis. Nature Genetics 51, 716 – 727 (2019).
2.Kassem, M. & Marie, P. J. Senescence-associated intrinsic mechanisms of osteoblast dysfunctions. Aging Cell 10, 191–197 (2011).
3. Squillaro, T., Peluso, G. & Galderisi, U. Clinical trials with mesenchymal stem cells: an update. Cell Transplant. 25, 829–848 (2016).
4. Liu, T. M. et al. Identification of common pathways mediating differentiation of bone marrow– and adipose tissue–derived human mesenchymal stem cells into three mesenchymal lineages. Stem Cells 25, 750–760 (2007).
5. Catarino, R., Stark, A. Assessing sufficiency and necessity of enhancer activities for gene expression and the mechanisms of transcription activation. Genes & Dev. 32, 202 – 223 (2018).
6. Ducy, P., Schinke, T. & Karsenty, G. The osteoblast: a sophisticated fibroblast under central surveillance. Science 289, 1501–1504 (2000).
7. JGS Madsen & Rauch A. Integrated analysis of motif activity and gene expression changes of transcription factors. Genome Res. 2018 Feb;28(2):243-255.
