kök hücre tanıtım kitapçığı
advertisement
KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI İÜ-KÖK HAKKINDA ................................................................. 3 ÖNSÖZ................................................................................... 5 KÖK HÜCRENİN TANIMI ..................................................... - 6 KÖK HÜCRENİN TEMEL ÖZELLİKLERİ ................................. - 12 PLURİPOTENSİ .......................................................................... 13 KENDİNİ YENİLEME .................................................................... 13 FARKLILAŞMA ........................................................................... 16 KLONALİTE ............................................................................... 17 KÖK HÜCRENİN TÜRLERİ .................................................. - 18 UYARILMIŞ PLURİPOTENT KÖK HÜCRELER ..................................... 20 HEMATOPOETİK KÖK HÜCRELER .................................................. 22 Kordon Kanı ..................................................................... 24 MEZENKİMAL KÖK HÜCRELER ..................................................... 24 DİYABET KÖK HÜCRELERİ ........................................................... 25 KANSER KÖK HÜCRELERİ ....................................................... 27 NÖRAL KÖK HÜCRELER .............................................................. 29 SÖZLÜK ............................................................................... 31 KAYNAKÇA .......................................................................... 33 NOTLAR ............................................................................... 34 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI İÜ-KÖK HAKKINDA İÜ-KÖK-IUSCSC, 1 Mart 2011 tarihinde İstanbul Üniversitesi’nde bir çalışma grubu olarak toplanan öğrencilerin 1 Temmuz 2011’de resmi bir kulüp haline dönüştürdükleri, şu an 10 farklı üniversite, 5 ayrı fakülteden 77 gönüllüsüyle Türkiye’nin en büyük kök hücre öğrenci inisiyatifi olan kurumdur. Kök hücrenin multidisipliner bir alan olmasının da getirisiyle, kulübün kapsamının genişlemesi, kısa zamanda böyle büyük bir oluşumun ortaya çıkmasını sağlamıştır. Bundan sonraki süreçte de kulübümüz, önceden olduğu gibi, kök hücreye dair daha geniş bilgi sahibi olmak isteyen üyelerimiz için haftalık sunumlar düzenlemeye devam edecektir. Sunumları organize eden “Bilimsel Çalışma Alt Grubu” muzun bünyesinde bulunan 5 çalışma grubumuz şu şekildedir: • iPS Çalışma Grubu • Nöral Kök Hücre Çalışma Grubu • Kanser Kök Hücresi Çalışma Grubu • Diyabet Kök Hücresi Çalışma Grubu • Hematopoetik Kök Hücre Çalışma Grubu Sene başında büyük katılımlı bir tanıtım toplantısı ve ardından alanında yetkin hocalarımızla yaptığımız kök hücreye giriş dersleri ile hem yeni üyelerimizin kulüp hakkında fikir 3 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI sahibi olmasını hem de kök hücre alanına dair temel bilgileri edinmelerini sağlıyoruz. Kulübümüz yalnızca kendi çevresiyle sınırlı kalmayıp, ülke çapında kök hücre çalışmalarının bilinirliliğinin artmasını hedeflemektedir. Bu nedenle öncelikli olarak üyelerin kök hücreye dair bilgi edinmeleri, daha sonra bu alana yönelik faaliyetlere katılmaları sağlanmaktadır. Temel sunumların dışında; belgesel gösterimleri, makale saatleri, bilimsel geziler ve laboratuvar günleri ile de öğrencilerin akademik ortama kazandırılmasını amaçlayan İÜKÖK, etkinlik kapsamını geniş tutmaktadır. Sivil toplumun da bir üyesi olduğunun farkında olan İÜKÖK, Sivil Toplum Kuruluşları (STK) ile ortaklık kurmaktadır. Geçmiş yıllarda Kızılay ve LÖSEV ile faaliyetler düzenlemiş olup, yine LÖSEV ile gönüllülük projesi de yürütmektedir. Kendini yalnızca öğrenci kulübü olarak sınırlamayan İÜKÖKIUSCS, ulusal çapta Türkiye Kök Hücre Öğrenci Konseyi (TÜRKKÖK) ve uluslararası çapta Student Society of Stem Cell Research (SSSCR)’ün bir üyesidir. Bu bağlamda geniş çapta sesini duyurmaya çabalayan kulübümüz aynı zamanda, Avrupa çapında da bir kök hücre öğrenci inisiyatifi olan ESSTEM’ in yürütücülüğünü de yapmaktadır. İÜ-KÖK sosyal medya hesaplarından ve bloğumuzdan bizi takip edebilir, bize yazabilir, sorularınızı iletebilirsiniz. İÜ-KÖK ailesi olarak hepinize başarılı bir dönem dileriz. 4 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI ÖNSÖZ Öncelikle kitapçığın yapımında çokca emekleri geçen; değerli gönüllülerimiz Gülşah Torkay’a, Melis Gökçe Dağbağ’a, Özge Sönmez’e, Kerime Büşra Koca’ya, emek vermiş diğer tüm kulüp üyelerine ve bu zamana dek desteklerini esirgememiş bütün hocalarımıza teşekkürü borç bilirim. Son zamanlarda gerek hücre biyolojisindeki gerekse teknolojideki ilerlemeler “kök hücre” yi, tıp, biyoloji, eczacılık, veterinerlik gibi alanlarda en çok ilgi duyulan konulardan biri haline getirdi. Birçok bilim insanı kök hücrenin gelecek için büyük bir umut vaat ettiğini düşünmekte. Bu alanda artan çalışmalar, yapılan seminerler, sempozyumlar, kongreler ve tıpkı bizim gibi öğrenci kulüpleri; gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde; yaşam bilimleri alanındaki öğrencilerin, akademisyenlerin, doktorların, şimdinin ve geleceğin bilim insanlarının ilgisinin kök hücreye yoğunlaştığının en büyük göstergesi. Bizler de İÜ-KÖK ailesi olarak, bu alandaki Türkçe kaynak sıkıntısının farkındayız ve sizlerin doğru bilgiye kolay ve maliyetsiz bir yoldan ulaşabilmeniz amacıyla bu kitapçığı oluşturduk. Her bölümden ve her kesimden konuyla ilgili herkesin kolayca anlayabileceği ve kafasındaki soru işaretlerini giderebileceği, en temel bilgilerden oluşan bu kitapçık bir rehber niteliğindedir. Bilime ve topluma faydalı bireyler olmanız dileğiyle. Ali İhsan Nergiz-28.09.2016, İstanbul 5 BİRİNCİ BÖLÜM KÖK HÜCRENİN TANIMI KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Kök Hücrenin Tanımı Hücre, ilk olarak İngiliz bilim insanı Robert Hooke tarafından 1665 yılında adlandırıldı. Hooke, mikroskopta ölü mantar dokusunu inceledi, gördüğü boş odacıklara hücre (cellula) adını verdi. Basitçe düşünecek olursak kök hücreler yaşamın öncüsüdür. “Modern patolojinin babası” olarak bilinen Alman bilim insanı Rudolf Virchow, Cellular Pathology adlı kitabında hücre teorisinin üçüncü hükmü olarak bilinen “Omnis cellula e cellula” ifadesini ortaya koydu. Bu, “her hücre bir hücreden gelir” demekti. Bu tanım günümüzde geçerliliğini yitirmemiş, hatta daha da önemli hale gelmiştir. Her şey iki haploid (n) gamet ile başlar. Spermatozoon ve ovosit dediğimiz bu gametler bir araya gelerek zigot adını alan hücreyi oluşturur. Zigotun mitoz bölünmeleriyle ortaya çıkan 12-16 hücreli yapıya blastomer adını veririz. Blastomer, canlılardaki en yüksek farklılaşma kapasitesine sahiptir, bu tür hücrelere kök hücre terminolojisinde totipotent adı verilir. Totipotensinin iki temel tanımı vardır: “Tam bir organizmaya gelişebilme özelliğine sahip hücre” veya “Herhangi bir hücre veya dokuya farklılaşabilen hücre”. Buradan da anlaşıldığı gibi, blastomerler kısa süre içerisinde önce embriyonun daha sonra da diğer tüm dokuların ortaya çıkmasına öncülük etmektedirler. İlkel cinsiyet hücreleri, yani primordial germ hücreleri, ilk olarak gelişimin 4. haftasında ayırt edilebilirler. İlkel cinsiyet hücreleri ileride, gamet hücreleri olan ovosit veya spermatozoona dönüşürler. Yani yaşam kadında ovositi 7 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI erkekte ise spermatozoonu oluşturur, daha sonra bunların birliktelikleriyle yeni bir yaşam oluşur. Kısacası yaşamı bireylerden bağımsız düşündüğümüzde bir döngü olduğunu görürüz. (Şekil 1) Zigotun art arda 5-6 defa bölünmesi ile blastokist oluşur. Blastokist aşamasındaki hücreler önce ara oluşumları, sonrasında ise bütün diğer doku ve organları oluşturmak üzere giderek çoğalırlar (proliferasyon), kararlanırlar (commitment) ve farklılaşırlar (diferansiyasyon). Şekil 1 8 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Totipotent hücrelerin soyundan gelen pluripotent hücreler, blastokistin iç hücre kitlesinde bulunurlar ve üç germ tabakasına (ektoderm, endoderm, mezoderm), yani ileride canlıyı oluşturacak tüm hücre ve doku tiplerine kaynaklık ederler. İç hücre kitlesinde yer alan bu hücrelere embriyo kök hücresi de denir. Plasenta gibi trofoblast kökenli embriyo dışı dokulara dönüşemedikleri için, totipotent hücrelerin aksine, tek başlarına yeni bir birey oluşturuyor sayılamazlar. Ancak bir taraftan da gelişmekte olan organizmada yani fetüs ve sonrasında, embriyo kök hücrelerinin varlığından söz edilemez. Başta kemik iliği olmak üzere, çeşitli organlarda ve onların belirli doku bölgelerinde, gerektiğinde kendini çoğaltabilen, kararlanabilen ve farklılaşabilen hücreler bulunur. Bunlara yetişkin veya dokuya özgü kök hücreler denir. Yetişkin kök hücreler, pluripotent olmadıkları için daha sınırlı sayıda farklılaşma gösterirler. Kök hücrenin tanımı sırasında zaman zaman oluşan karmaşıklık bundan kaynaklanır. “Kök hücre” ye en temel anlamıyla, bir başka hücreye farklılaşabilen hücre denebilir. Öyle ki, bir hücrenin yalnızca bir hücre türüne farklılaşabilmesi, onun kök hücre olarak tanımlanmasına yetebilir (unipotent). Bazen de bu hücrelere, kök hücre değil de öncü hücre yani progenitör (prokürsör) de denir. Dolayısıyla kök hücreler çoğalma ve farklılaşma yeteneklerine göre hiyerarşik bir sınıflandırmaya tabi tutulurlar. Tüm bunların dışında, multipotent kök hücreler; özelleşmiş hücre grupları oluşturabilen kök hücrelerdir. Oligopotent kök hücreler, bulunduğu organa özgü olup iki ya da daha fazla 9 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI yetişkin hücre tipine farklılaşabilen kök hücrelerdir. Bipotent kök hücreler ise iki farklı hücre tipine farklılaşabilen kök hücrelerdir. İşlev ve yapı olarak birbirinden bu derece farklı bir dizi hücreyi tek bir başlık altında toplamak oldukça zor olsa da bugün kabul gören birkaç temel ölçüt kök hücrelerin tanımını oluşturur (Smith 2001; Weissman ve ark. 2001). i) Kendini yenileme (self-renewal) ii) Farklılaşma (potensi) iii) Klon oluşturma (klonalite) Yine de bu üç madde kök hücre davranışlarının tamamını açıklamak için yeterli olmaz. Kök hücreleri tanımlarken, “Moleküler düzeyde ölçütler nelerdir?”, “Bölünme ile dinlenme arasındaki karar mekanizmasında ne etkilidir?”, “Hangi koşullarda birden fazla hücre türüne farklılaşma sağlanır?” ve “Farklılaşmanın yönünü belirleyen nedir?” gibi sorulara yanıtlar ararız. Tüm bunlara cevap bulabilmek adına yapılan çalışmaların sonucunda, kök hücreleri tanımlayan ortak özelliklerin şunlar olduğu ortaya konulmuştur; • Dokularda az sayıda bulunurlar, • Yaşam boyu belli oranda bölünürler, • Bölündükçe sayılarını korurlar, • Bölündüklerinde ortaya çıkan iki hücreden en az biri kök hücre olarak, mevcut hücre havuzuna katılır, 10 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI • Çok kez bölünerek geçici yani transit hücreleri oluştururlar ve bu hücreler kısa sürede farklılaşma yoluna giderek dokuya özgü hücreleri oluşturur, • Genellikle bölünme hızları yavaştır ancak doku yaralanması sonrasında yoğun bölünme etkinliği kazanırlar, • Dokuların en kalıcı ve en uzun süre yaşayan hücreleridir ancak yaşla birlikte sayıları azalır, • Büyüme faktörlerine ve sinyal moleküllerine oldukça duyarlıdırlar ve hızla yanıt verirler; TGF, Notch, Wnt, Jak/Stat gibi sinyal yolaklarını etkin biçimde kullanırlar, • Birçoğu hücre döngüsünün G0 evresinde sessiz olarak bulunur; bir grup hücre ise bu süreci çok hızlı geçer ve döngüyü çabuk tamamlar, • Diğer hücrelere göre farklı kromatin örüntüsüne sahiptirler yani özgün DNA özellikleri vardır, • Strese karşı dayanıklıdırlar, bu özelliklerini çoklu ilaç direnci taşıyıcıları, özgün protein katlanma mekanizmaları, ubikutin ve detoksifikasyon sistemleriyle başarırlar. Tüm bu maddeler kök hücreyi anlayabilmemiz için kafamızda bir taslak oluşturmaktadır. İleriki bölümlerde kök hücrenin türlerinden bahsettiğimizde konu hakkında daha fazla bilgi sahibi olacağız. 11 İKİNCİ BÖLÜM KÖK HÜCRENİN TEMEL ÖZELLİKLERİ KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Kök Hücrenin Temel Özellikleri İlk bölümde kısaca adından bahsettiğimiz özellikleri bu bölümde biraz daha detaylı açıklayacağız. Tekrar hatırlayacak olursak en önemli kök hücre özelliklerimiz şunlardı; • Pluripotensi • Kendini Yenileme • Farklılaşma • Klonalite Pluripotensi Pluripotensi terimi hücrenin farklılaşma düzeyi ile ilgili bir terimdir. Köklülük de dediğimiz bu terim kök hücreyi diğer hücrelerden ayıran en önemli özellik sayılabilir. Bildiğimiz gibi organizmadaki tüm kök hücre türleri aynı derecelerde farklılaşma yetkinliğine sahip değiller. Bu açıdan bakıldığında pluripotensi terimini asıl hak eden hücreler embriyo kök hücreleri ve bazı türevleridir. Günümüzde deneysel olarak, farklı yöntemler kullanılarak belli düzeyde bir köklülük elde edilmiştir. Somatik hücrelerde pluripotensiye yani Uyarılmış Pluripotent Kök Hücreler konusuna ileride değineceğiz. Kendini Yenileme Kendini yenileme kavramından, hücre biyolojisi literatüründe genellikle birkaç terim ile bahsedilir. Bu kavram hücrenin çoğalma sayısıyla ilgili olup “sınırsız”, “ölümsüz” gibi sözcüklerle açıklanır. Aslına bakıldığında ise ölümsüz ve 13 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI sınırsız kelimeleri kök hücreye olduğundan fazla bir anlam yükler. Kök hücrelerin birçoğu ölümsüz değil, aksine belli bir bölünme sonucu yaşlanan ve ölüme giden hücrelerdir. Örneğin; kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerin 40-60 kez bölündükten sonra yaşlandıkları ve kök hücre özelliklerini kaybettikleri tespit edilmiştir (Luna ve ark. 2011). Dolayısıyla “ileri derecede çoğalabilen” terimi çok daha doğru olacaktır (Melton ve Cowen 2009). Bir hücrenin kendini yenilemesi, eskimiş organellerini onarmasını değil kök hücre havuzunu yenilemesini ifade eder. (Kök hücre havuzuna kök hücrelerin ortak özelliklerinde değinmiştik.) İşte bu havuzun tükenmemesi için her bölünmeden sonra hücrelerden birinin tekrar kök hücre olarak havuza katılması gerekir. Dolayısıyla bir bölünme sonucu ortaya çıkan hücrelerden biri kök hücrenin yedeği olarak kalırken diğeri farklılaşma yoluna gider. Bu tür bölünmelere asimetrik hücre bölünmesi diyoruz. Asimetrik hücre bölünmesi, çevre asimetrisi (Şekil 2) ve bölünme asimetrisi (Şekil 3) olarak iki farklı yolla gerçekleşir (Watt ve ark. 2006). Bölünme asimetrisinin olumsuz yanı, mevcut kök hücre sayısını artırmayıp yalnızca sabit tutmasıdır. Hem çevre asimetrisiyle bölünmede hem de bölünme asimetrisiyle bölünmede mikro çevre koşullarından yani kök hücre nişinden yardım alınır. 14 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Şekil 2 Şekil 3 Her iki bölünmede de yavru hücrelerden birisi kök hücre havuzuna katılırken diğeri farklılaşma yoluna gider. Ancak çevre asimetrisinde çevre faktörleri rol oynar ve bazen iki hücre de kök hücre havuzuna katılabilir. Bölünme asimetrisinde ise hücrenin yapısı veya bir başka hücreyle olan ilişkisi sonucunda sitoplazmada ortaya çıkan faktörlerin hücre içindeki dağılım farkı nedeniyle iki farklı yapıda hücre ortaya çıkar. Biri kök hücre olmayı sürdürürken diğeri farklılaşır. (Can, Alp 2014 Ankara, Kök Hücre Biyolojisi, Türleri ve Tedavide Kullanımları ’ndan değiştirilerek.) 15 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Farklılaşma Asimetrik bölünme sırasında, sitoplazma ve hücre asimetrisinin yanında DNA yapısında da bir asimetri ortaya çıkar. Yapılan işaretleme deneylerinde, kök hücre kromozomlarının sentromer bölgelerinde henüz tam anlamıyla tanımlanmamış birtakım moleküler etiketlerin bulunduğu ve bunların bölünme sırasında sadece bir yavru hücreye geçtiği görülmüş, kök hücre olarak kalan ve hücre havuzuna katılan hücrenin bu hücre olduğu anlaşılmıştır (Shinin ve ark. 2006). Kısacası asimetrik bölünmede DNA eşit olarak dağıtılmaz. Kök hücre olarak kalmayan, yani farklılaşma yoluna gidecek olan hücreler, farklılaşmadan önce bir dizi daha bölünme geçirirler. Bunun sonucunda ortaya çıkan hücreler çoğalan geçici hücreler olarak isimlendirilir (Şekil 4). Bu hücreler belli bir sayıya ulaşınca, ortam koşulları uygunsa farklılaşmaya giderler. Farklılaşma aslında göreli bir kavramdır, bir hücrenin Şekil 4 16 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI farklılaşması ve fenotipinde meydana gelen değişimler ancak başka hücrelerle kıyaslanırsa anlam kazanır (Potten ve Wilson 2009). Yapılan çalışmalar sayesinde, hücrenin farklılaşmasında rolü olan en önemli faktörün epigenetik mekanizmalar olduğunu biliyoruz. Çok detaya girmemek adına, bu konuya değinmeyeceğiz. Farklılaşma, ileri ve geri farklılaşma olarak ele alınır ve bu noktada plastisite teriminden söz edilir. Hücrenin farklılaşmaya başladığı noktaya kısmen ya da tamamen geri dönmesine geriye farklılaşma yani dediferansiyasyon deriz. Deneysel yolla elde edilen uyarılmış pluripotent kök hücreler (iPSCs) , bu mekanizmanın en tipik örneğidir (Bu konuya “Kök Hücrenin Türleri” bölümünde değinilecektir). Klonalite Klon oluşturma yeteneği, tek bir hücreden çok sayıda yeni kök hücrenin üremesi anlamındadır. Klonalite, klonun içerdiği hücre sayısı ve klon oluşturma hızına göre kök hücreler arasında yapılacak kıyaslamalarda kullanılan ölçütlerdendir. Deneysel amaçla hazırladığımız hücre kültürleri her zaman saf olmayabilir. Kültürde birden fazla hücre türünün varlığı bazen olumlu bazen de olumsuz etki yaratır. Bu nedenle “karışık hücre topluluğunu” “saf hücre topluluğuna” dönüştürmek, bir dizi yöntem gerektiren uzun bir süreçtir. 17 ÜÇÜNCÜ BÖLÜM KÖK HÜCRENİN TÜRLERİ KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Kök Hücrenin Türleri Bu bölümü okumadan önce şunu hatırlamalısınız ki kök hücre çok geniş kapsamlı bir konudur. Biz bu kitapçıkta sizlere en temel bilgileri vermeyi hedefledik ve konu sınırlamamızı çok geniş tutmamaya özen gösterdik. Bu şekilde düşünecek olursak bu bölümü de sınırladığımızı tahmin edebilirsiniz. Kök hücreleri sınıflandırırken embriyo dönemine ait, fetüs dönemine ait ve yetişkin kök hücreler olarak dönemlere ayrılmış bir sınıflandırma yapmak daha mantıklı görünür. Her üç dönemin kök hücrelerinin özellikleri pratikte birbirlerinden farklıdır. Ancak konu yetişkin kök hücreleri olunca, hücrelerin ayrımını kesin sınırlarla belirlemek zordur. Bu nedenle ele alınma biçimi değiştiğinde sınıflandırmalar da değişebilir. İlk bölümde Totipotent, Pluripotent, Multipotent, Oligopotent, Bipotent ve Unipotent kavramlarında kısaca bahsetmiştik. Bu kavramlar kök hücrelerin farklılaşma düzeylerini ifade eder. Ancak çoğu zaman kök hücreleri kaynağına göre sınıflandırmayı tercih ederiz. Bu bölümde sizlere, en önemli oldukları düşünülen kök hücre tiplerini açıklamaya, özetlemeye çalışacağız. • Uyarılmış Pluripotent Kök Hücreler • Hematopoetik Kök Hücreler • Mezenkimal Kök Hücreler • Diyabet Kök Hücreleri • Kanser Kök Hücreleri • Nöral Kök Hücreler 19 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Uyarılmış Pluripotent Kök Hücreler İndüklenmiş pluripotent kök hücreleri (iPS) anlayabilmemiz için önceden tanımladığımız pluripotensi kavramını hatırlamamız gerekmektedir. Embriyonik kök hücrelerin sahip olduğu bu özelliğin somatik bir hücrenin yeniden programlanmasıyla, farklılaşmış bir hücreye aktarılması olayı 2006 yılında Takahashi ve Yamanaka isimli araştırmacılar tarafından gerçekleştirilmiştir (Takahashi ve Yamanaka 2006). Bu çalışmada, düşük verimli de olsa, somatik hücreler pluripotent düzeye getirilmiş yani farklılaşmada geriye gidilmiştir (dediferansiyasyon). Araştırmacılar önce, embriyonik kök hücrelerde önemli olduğu tespit edilen 24 adet transkripsiyon faktörünü fare fibroblastlarına retroviral transfeksiyon yöntemiyle aktardılar. Sonra içlerinden 10 tanesi ayrıştırıldı ardından da en etkin biçimde iPS hücresi oluşturdukları gösterilen 4 transkripsiyon faktörü seçildi. Bu faktörler Oct4, Sox2, c-Myc ve Klf4’tür (OSKM). Bunlardan bazıları değiştirilebilir ancak Oct4 ve Sox ailesi olmadan pluripotensiye dönüşüm pek de olası değildir. iPS hücreleri oluşturulurken önce programlama faktörleri seçilir, üretilir ve hücreye verilir. Ardından hedef hücre türü belirlenir. Organizmadan çıkarılan hedef hücre türü kültür koşullarına alınır sonrasında gen ifadesi sağlanır. Gen aktarımından sonra aktif genleri içeren hücre kolonileri ayrıştırılır ve böylece uyarılmış (indüklenmiş) pluripotent kök hücreler elde edilmiş olur. 20 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI iPS hücrelerin ve embriyonik kök hücrelerin; • Üç germ tabakasına ait hücrelere farklılaşabilme potansiyeli, • Kültür ortamındaki gelişim evreleri, • DNA metilasyon modeli, • Kimerik canlılar oluşturabilme, • Teratom oluşturabilme yeteneği gibi ortak özellikleri vardır. iPS hücreler, kullanılmasında etik sakıncalar görülen embriyonik kök hücrelerin yerini tutabilecek bir kaynaktır. Geri dönüşümü olmayan hücre hasarlarından kaynaklanan hastalık modellerinde, rejeneratif tıp için büyük bir umut kaynağıdır. Düşük verimli olsa da, hücresel tedavilere, ilaç araştırmalarına, hastalık modellerinin araştırılmasına olanak sağlayan ve organizmaya implantasyonunda immün cevap riski olmayan en uygun yöntemdir. Hücreler canlının kendi somatik hücrelerinden elde edildiğinden organizmanın reddetme olasılığı da elimine edilmiş olur. Şekil 5 21 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Hematopoetik Kök Hücreler Kanda farklı görevler gösterecek şekilde 3 çeşit kan hücresi grubu vardır. Bunlar eritrositler, trombositler, lökositlerdir. Tüm bu kan hücreleri kemik iliğinde multipotent kök hücreden bölünme ve farklılaşma-olgunlaşma yoluyla meydana gelirler. Kemik iliğinde ise başlıca 2 çeşit kök hücre vardır. Bunlar hematopoetik ve mezenkimal kök hücreleridir. Hematopoetik kök hücrelerin temel görevleri sürekli kan hücreleri üretmektir. Ancak son yıllardaki çalışmalar hematopoetik kök hücrelerin plastisite özelliği sayesinde farklı kök hücre gruplarına dönüşebileceğini göstermiştir ki bu günümüzde hematopoetik kök hücrelerin bu kadar popüler olmasının en önemli sebeplerindendir. Hematopoetik kök hücreler non-adherent, yuvarlak şekilli ve yuvarlak tek çekirdekli, morfolojik olarak lenfositlere benzeyen hücrelerdir. Sitoplazmanın çekirdeğe oranı küçüktür. Flow sitometri ile inceleme yapıldığında yüzey antijeni CD34+ ve CD38- olarak görülür. Hematopoetik kök hücreler en fazla kemik iliğinde bulunmakla birlikte kan ve göbek kordonunda da bulunurlar. Hematopoetik kök hücreler pelvis kemiğinden (diğer kemiklerden de alınabilir ama en çok pelvis tercih edilir) iğne ile ya da G-CSF (granülosit koloni uyarıcı faktör) veya benzeri bir sitokin kullanımının ardından kandan elde edilebilir ve daha sonra klinikte tedavi amaçlı ya da çeşitli araştırmalarda kullanılırlar. 22 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Hematolojik malignitelerde ve diğer bazı hastalıklarda hematopoetik kök hücrelerden yararlanılır. 2 çeşit kök hücre transplantasyonu vardır. Bunlardan biri otolog diğeri allogeniktir. Otolog transplantasyonda, hastanın kendisinden toplanan kök hücreler yüksek doz kemoterapi sonrası hastaya tekrar transplante edilerek hastanın yeniden sağlıklı hücre üretmesi ve tüm malign hücrelerden kurtulması amaçlanır. Allogenik transplantasyonda ise bir başka kişiden toplanan kök hücreler daha düşük bir kemoterapi sonrası hastaya transplante edilerek kimerik bir ilik oluşturulmaya çalışılır. Şekil 6 23 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Kordon Kanı Bebekle anne arasındaki besin ve O2 ihtiyacını karşılamaya yarayan dokuya kordon denir. Kordon kanı ise doğumdan sonra bu dokunun ve plasentanın içinde kalmış olan kandır. Buradaki hücreler olgun bireylerdeki periferik kan ve kemik iliği ile benzerlik gösterir ve daha önce de bahsedildiği gibi hematopoetik doku oluşturabilirler ayrıca fonksiyonel olarak kemik iliğindeki kök hücrelerden daha üstün özelliklere sahiptirler. Eğer kordon kanı uygun şekillerde saklanırsa ileride meydana gelen başta hematolojik maligniteler olmak üzere çeşitli hastalıklarda kişinin kendisinde veya HLA uyumlu kişilerde tedavi amaçlı kullanılabilir. Ancak bireyde hematolojik malignite gözlenmiş olsa dahi kök hücre transplantasyonu o hastalık için uygun tedavi olmayabilir ve kordon kanından toplanan kök hücreler yetişkin birey için yeterli bir miktar olmayabilir. Mezenkimal Kök Hücreler Mezenkimal kök hücreler kemik iliği, yağ dokusu, amniyon sıvısı ve plasentada bulunan pluripotent özellikteki kök hücrelerdir. Yenilenme ve plastisite özellikleri vardır. Bu sayede osteoblast, adiposit, kondrosit, myoblast, nöron, hepatosit gibi çeşitli hücre tipleri ve dokulara (özellikle stroma) farklılaşabilmektedir. Flow sitometri ile inceleme yapıldığında mezenkimal kök hücreler CD34–, CD45– olarak görülürler. Mezenkimal kök hücrelere başta kardiovasküler hastalıklar olmak üzere çeşitli alanlarda rejeneratif tıp uygulamalarında kullanılmaktadırlar. Mezenkimal kök hücreler, parakrin 24 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI etkileri, anjiyogenezi indükleyebilmesi, anti-enflamasyon gibi özellikleri sayesinde hem deneysel olarak hem de doğal olarak doku onarımında kullanılabilirler. Mezenkimal kök hücrelerin NK (natural killer), T ve B lenfositleri üzerine immünomodülatör etkileri vardır. Bu immünosupresif etkileri sayesinde birçok otoimmün hastalığın tedavisinde denemektedirler. Ayrıca mezenkimal kök hücreler hematopoezi de indüklemektedir. Tüm bu özellikleri sayesinde de bu hücreler GVHH (Graft vs. Host Disease)’nin profilaksi ve tedavisinde kullanılırlar. Diyabet Kök Hücreleri “Diyabet kök hücreleri” dediğimizde aklımıza gelmesi gereken şey diyabet hastalığıdır. Diabetes mellitus (DM), insülin bağımlı tip 1 ve insülin bağımsız tip 2 diyabeti olmak üzere iki çeşidi olan, küresel çapta etkili, kronik bir hastalıktır. Hastaların yaklaşık %10’u tip 1 diyabet (T1DM) hastasıdır. Yani pankreaslarında, genelde otoimmünite sebebiyle, insülin salgılayan β (beta) hücrelerinin hasarlanması/yıkımı ve işlev görememesi söz konusudur. Tip 2 diyabet (T2DM) hastalığında ise pankreas β hücrelerinden insülin hormonunun salınımının yetmezliği gözlenir. Sonuçta her iki tip diyabette de Langerhans adacıklarında insülin hormonunu üreten beta hücreleri hasar gördüğü için insülin yetmezliği ya da yokluğu gözlenir. Günümüzde diyabet için geleneksel insülin tedavisi yetersiz kalmaktadır. Bu yüzden diyabet tedavisine ilişkin farklı yollar üzerinde çalışılmaktadır. Bunlardan bazıları; 25 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI • hücre kökenli tedaviler, • pankreas transplantasyonu, • yapay pankreas üretilmesi, • adacık nakli, • otoimmüniteyi engelleme çalışmaları, • gen ve rejenerasyon tedavileridir. Her yöntemin kendi içerisinde kısıtlılıkları bulunmaktadır. Ancak, tüm bu tedavilerin tabanında insülin salgılayan beta hücrelerinin yerine konması yatmaktadır. İnsan embriyonik kök hücrelerinin izole edilebilme yöntemlerinin keşfedilmesi ile birlikte, tip 1 ve tip 2 diyabetli hastalarda tedavi için yeni ümitler ortaya çıkmıştır. Ancak Langerhans ada hücrelerinin, doğum ve çocukluktan sonraki kaynağı henüz açıklanamamıştır ve yetişkin kök hücrelerinin pankreasta oluşup oluşmadığı hala tartışma konusudur. Embriyonik kök hücrelerinin, kültür ortamlarında insülin üreten hücrelere farklılaşabildikleri fare embriyonik kök hücreleri ile yapılan in vitro çalışmalarla gösterilmiştir. Bu çalışmalar etik nedenlerden dolayı insanlarda tekrarlanamasa da yakın türlerle yapılan çalışmalar ve belki de ilerde etik kısıtlamaların kalkmasıyla yeni bir tedavi alanı doğabilir. Özellikle tip 1 diyabet kişinin kendi hücrelerinin kendi bağışıklık sistemi tarafından yıkılması nedeniyle tedavisi zor bir hastalıktır ve diyabet tedavisinde kök hücre temelli çalışmalar gelecek için umut vaat etmektedir. 26 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Şekil 7 Kanser Kök Hücreleri Kanser, hücrenin normal davranışlarını düzenleyen mekanizmaların bozulması sonucu ile kötü huylu yani malin tümörlerden oluşur ve günümüzün en büyük sorunlarından biridir. Malin tümörler çevre dokuları istila ederek (invazyon) değişik bölgelere metastaz yaparlar. Hücre çeşitliliğine bağlı olarak, davranış ve tedaviye cevap verme yönünden değişiklik gösteren yüzden fazla kanser türü vardır. 27 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Kansere yol açan maddelere karsinojen denir. Tümörlerin gelişimi çok aşamalı bir süreçtir, dolayısıyla birçok farklı faktör kanserin ortaya çıkmasını tetikleyebilir. Son yıllarda tümörlerin kendilerine ait kök hücreleri olduğu fikri bilim insanlarının dikkatini çekmektedir. Kanser kök hücresi dediğimiz bu hücrelerin, bağırsak, deri, kemik iliği, meme gibi dokulardaki hücrelerin kaynağı olan kök hücrelerden köken aldığı ileri sürülmüştür. Ancak tümörün, “kötü gitmiş’’ bir erişkin kök hücresi tarafından mı yoksa kök hücre yeteneği kazanmış farklılaşmış bir hücre tarafından mı başlatıldığı tartışma konusudur. Kanser kök hücresi de diğer kök hücreler gibi kendini yenileme yetisine sahiptir ve bunu yaşam boyu elinde tutar. Kimyasal uyarılara ve iyonize radyasyona dirençlidir. Bu açılardan bakıldığında kanserli dokuyu ortadan kaldırmak pek mümkün gözükmez. Kanserin tedavi sonrasında tekrar ortaya çıkmasının nedeni bu olabilir. Sessiz olan kanser hücresi yıllar sonra uyanarak tekrar tümör oluşturabilir. Örneğin meme kanserinde ilk tedaviden yaklaşık 10 yıl sonra metastaz ortaya çıkabilir (Aguirre-Ghiso 2007). Bu sebeple tümörün tedavisinde asıl hedefin kanser kök hücresi olması gerekir. Kanser kök hücresi, normal kök hücre özelliklerinin çoğunu taşır. Kanser kök hücresini normal kök hücreden ayıran bazı özellikler; • kimyasal tedaviye ve ajanlara dirençli olması, • radyasyona direnç göstermesi, • tümör kitlesi oluşturması, • invazyon ve metastaz özelliği, • apopitoza direnç göstermesi ve anjiyogenezi uyarması, • telomeraz enziminin sınırsız replikasyon özelliğine sahip olmasıdır. 28 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI Şekil 8 Bazı kanser türlerinde günümüz tedavisi ne yazık ki yetersiz kalmaktadır ve asıl hedefi oluşturan kanser kök hücreleri yok edilememektedir. Bu nedenle yeniden kanser oluşmaktadır (relaps). Bunun yanı sıra güçlü tedavi girişimleri sağlıklı hücrelere de zarar vermektedir. Nöral Kök Hücreler Nöral kök hücreler, sinir sisteminin dejeneratif hastalıklarının tedavisi umuduyla özel bir ilgi alanı haline gelmiştir. Nöronların yalnızca embriyonik dönemde oluştuğu fikri nöral kök hücrelerinin keşfi ile geride kalmıştır. Bu kök hücreler, fetüsün beyin ve sinir sistemini oluşturan kök hücrelere benzemektedirler. Yani nöron, astrosit ve oligodendrositleri oluşturabilmektedirler. 2001 yılında Johns Hopkins Üniversitesi’nde yapılan bir çalışmada felçli farelerin çoğunun bu yöntem sayesinde iyileşebildikleri gösterilmiştir. Sinir sistemini etkileyen bir virüs verilerek felç edilen farelerin omuriliğine kök hücrelerden 29 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI elde edilen sinir hücreleri yerleştirilmiştir. Üç ay sonra felçli farelerden çoğunun kol ve bacaklarını kımıldatabildikleri görülmüştür. Nörodejeneratif hastalık omurilik ve beyinde birtakım uzun süreli ve hızlı ilerleyen klinik vakayı ifade etmek için kullandığımız bir terimdir. Bu hastalıklarda progresif ve irreversible (dönüşümsüz) bir biçimde nöron ve gliya hücresi kaybı vardır. Birçok hücrede ise işlev kaybı ortaya çıkar. Dejeneratif sinir sistemi bozuklukları arasında Alzheimer, motor nöron, ALS ve Parkinson gibi kişinin yaşam standartlarını oldukça düşüren hastalıklar bulunur. Beyin ve spinal kord, düşük hücresel dönüş ve düşük rejeneratif potansiyel gösteren dokulara sahiptir. Bu nedenle bir hasar meydana geldiğinde, endojen yolla onarım güç olduğu için kök hücrelerden yararlanmak mantıklı görünür. Kök hücre çalışmalarının temelinde kaybolan hücrelerin yerine yeni hücreler koyma, nöronların onarımını uyarma ve inflamasyonu baskılama fikirleri yatar. Her ne kadar umut verici gözükse de kök hücre tedavilerinin de bazı sıkıntılı noktaları vardır. Hastaya nakledilen hücrelerin aşırı çoğalması, vücutta tümör oluşumu veya damar tıkanıklığı gibi riskler göz önünde bulundurulmalıdır. Bu tür olasılıklar genelde tedaviden vazgeçme ile sonuçlanır. Bilim insanları hala bütün bunların altında yatan moleküler mekanizmaları çözmeye çalışmaktadır. 30 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI SÖZLÜK adherent: (1) temas eden fakat birlikte büyümeyen; (2) tabana, zemine bağlı olan. anjiyogenez: önceden var olan damarlardan filizlenerek yeni damarların gelişmesi. apopitoz: bir hücre içi ‘intihar’ programının aktivasyonu sonucu ortaya çıkan hücre ölümü. detoksifikasyon: toksik madde zararlarının giderilmesi. enflamasyon: dokuların yangı veya doku hasarı ile sonuçlanan ağrılı şişmesi ve kızarıklığı, iltihaplanması. epigenetik: DNA nükleotid sekansında herhangi bir değişiklik olmaksızın oluşan hücre projenisi tarafından kalıtımla geçebilen gen fonksiyonundaki modifikasyonlarla gerçekleşen olaylar. fibroblast: fibröz bağ dokuda bulunan düz ve düzensiz şekilli bağ dokusu hücresi. Tip 1 ve hiyaluronik asidin dahil olduğu ekstrasellüler matriksin bileşenlerini salgılar. gliya hücreleri: merkezi sinir sisteminin ve periferal sinir sisteminin sinir hücresi haricindeki hücrelerinden herhangi biri, örneğin Schwann hücreleri. hematopoez: kan oluşumu, kök hücrelerden kan hücrelerinin oluşumu. immün: patojenik mikroorganizmalara karşı koruyucu antibiyotikler ve/veya aktif T lenfositleri ile bellek B ve T hücreleri oluşturan birey, bu yolla patojenlerle yeniden enfeksiyona karşı dirençli olur. 31 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI implantasyon: döllenmiş yumurtanın uterus duvarına yerleşmesi, yerleştirilmesi. kardiovasküler: kalp ve kan damarları ile ilgili olan. kimerik: (1) iki farklı genetik yapılı hücreden meydana gelmiş bitkiler veya hayvanlar; (2) farklı kaynaklardan gelen subünite veya sekansların karışımından ibaret DNA veya protein. metilasyon: bir moleküle metil grubu (-CH3) ilavesi. parakrin: komşu hücrelerdeki küçük alanlarda iş gören sitokinler. plastisite: uyaranların etkisi altında değişim kapasitesi. profilaksi: hastalık meydana gelmeden hastalığın önlenmesi. sitokin: bir hücre tarafından oluşturulan ve aynı veya farklı bir hücrenin gelişimi ile farklılaşmasını etkileyen herhangi bir polipeptit veya protein. telomeraz enzimi: yapısında taşıdığı RNA'yı taslak olarak kullanarak her bölünme ile kısalan telomer uçlarının korunmasını sağlayan enzim. teratom: doku ya da organ parçaları içeren, üç germ katmanının normal türevlerine benzeyen kapsüllü bir tümör. transfeksiyon: kültür ortamına DNA ilavesi ile hücrelerin genetik modifikasyonu. DNA hücrelere girer, DNA’ya geçişte kısa süreli değişiklik oluşturur ve bazı durumlarda genomla birleşir. ubikutin: proteazomlarda yıkım için hedeflenen proteinlerle ilgili küçük asidik protein. 32 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI KAYNAKÇA Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). "Primordial Germ Cells and Sex Determination in Mammals". Molecular Biology of the Cell. 4th edition. Garland Science. Arıoğul S. Stem Cell and Geriatrics Deda H. Nörolojik Hastalıklarda Kök Hücre Tedavileri Can, Alp (2014), Kök Hücre Biyolojisi Türleri ve Tedavide Kullanımları, Ankara: Akademisyen Tıp K. Eleanor Lawrence, 2013, Henderson's Dictionary of Biology Gardner RL, Edwards RG. Control of the sex ratio at full term in the rabbit by transferring sexed blastocysts. Nature 1968;218:346–8. Hans R. Schöler (2007). "The Potential of Stem Cells: An Inventory". In Nikolaus Knoepffler; Dagmar Schipanski; Stefan Lorenz Sorgner. Human biotechnology as Social Challenge. Ashgate Publishing, Ltd. p. 28. Kök Hücre Kavramı ve Klinik Uygulamaları Teoman Soysal Marmara Medical Journal 2012;25:5-9 Slack, J.M.W. (2013) Essential Developmental Biology. WileyBlackwell, Oxford. Watt SM. ,Gullo F. ,von der Garde H. ,et al. The angiogenicproperties of mesenchymal stem/stromal cells and their therapeutic potential. Brit. Med. Bulletin 2013:108:24-53 http://c.merriam-webster.com/medlineplus/totipotent http://stemcells.nih.gov/info/scireport/pages/chapter7.aspx http://www.dkms-nabelschnurblutbank.de/en/anne-babalar/siksorulan-sorular-sss-yararli-linkler.html http://www.osmanilhan.com/kordon.php www.kanbilim.com www.thd.com 33 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI NOTLAR …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………….………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………….…………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… 34 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………….… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….…………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… 35 KÖK HÜCRE TANITIM KİTAPÇIĞI 36
