Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Scripps Research'teki araştırmacılar beyin plastisitesini izlemek için yeni bir araç geliştirdi."
New Tool Reveals What Happens When We Learn
Scripps Research'teki araştırmacılar, beyin hücrelerindeki çeşitli proteinlerin seviyelerinin beyin aktivitesine yanıt olarak nasıl değiştiğini inceledi.
Sol Sağ Beyin Sinyalleri
Scripps Araştırma Enstitüsü bilim insanları, bir film izlediğimizde ya da yeni bir şarkı dinlediğimizde veya dil öğrenmek gibi yeni şeyler öğrendiğimizde ve deneyimlediğimizde beynimizin yeniden şekillendiği ve fiziksel olarak uyum sağladığı süreç olan beyin plastisitesini izlemek için yeni bir araç üretti. Çeşitli beyin hücresi tipleri tarafından üretilen proteinleri inceleyen bu yöntem, beynin nasıl işlediğine dair temel açıklamalar getirmenin yanı sıra plastisitenin bozulduğu birçok beyin hastalığı hakkında da fikir verme potansiyeline sahip.
Daha önce birçok laboratuvarda yapılan araştırmalar, beyin aktivitesinin nöronlardaki gen ekspresyonundaki değişiklikleri nasıl tetiklediğini ve bunun plastisitenin erken bir adımı olduğunu göstermişti. Ekibin kısa süre önce Journal of Neuroscience'da yayınlanan araştırması, plastisitenin bir sonraki önemli aşaması olan genetik kodun proteinlere dönüştürülmesine odaklanıyor.
Scripps Research'te Hahn Profesörü ve Sinirbilim Başkanı ve yeni araştırmanın kıdemli yazarı olan Hollis Cline, "Beynimizdeki hücrelerin deneyimlere yanıt olarak nasıl değiştiğinin altında yatan tüm mekanizmaları hala anlamış değiliz, ancak bu yaklaşım bize sürece yeni bir pencere açıyor" diyor.
Yeni bir şey öğrendiğinizde iki şey gerçekleşir: Birincisi, beyninizdeki nöronlar hemen yeni sinir yolları boyunca elektrik sinyalleri iletir. Bu da sonunda beyin hücrelerinin ve bağlantılarının fiziksel yapısında değişikliklere yol açar. Ancak bilim insanları uzun zamandır bu iki adım arasında ne olduğunu merak ediyor. Nöronlardaki bu elektriksel aktivitenin bir sonucu olarak beyin nasıl daha önemli değişikliklere uğruyor? Ayrıca, bu plastisite yaşlanma ve bazı hastalıklarla birlikte nasıl ve neden bozuluyor?
Daha önce araştırmacılar, plastisite hakkında fikir edinmeyi umarak nöronlardaki genlerin beyin aktivitesine yanıt olarak nasıl açılıp kapandığını incelemişlerdi. Yüksek verimli gen dizileme teknolojilerinin ortaya çıkmasıyla, genleri bu şekilde izlemek nispeten kolay hale geldi. Ancak bu genlerin çoğu, seviyelerinin izlenmesi daha zor olan proteinleri, yani hücrelerin gerçek beygirlerini kodluyor. Ancak Cline, Scripps profesörü John Yates III, Ph.D. ve doçent Anton Maximov, Ph.D. ile yakın işbirliği içinde, beyindeki proteinlerin nasıl değiştiğine doğrudan bakmak istedi.
Cline, "Havuzun derin ucuna atlamak ve beyin plastisitesi için hangi proteinlerin önemli olduğunu görmek istedik" diyor.
Ekip, proteinlerin yapı taşlarından biri olan özel olarak etiketlenmiş bir amino asidi her seferinde bir nöron türüne sokabilecekleri bir sistem tasarladı. Hücreler yeni proteinler ürettikçe, azidonorleucine (azidonorlösin) adlı bu amino asidi yapılarına dahil edeceklerdi. Araştırmacılar zaman içinde hangi proteinlerin azidonorlösin içerdiğini takip ederek yeni üretilen proteinleri izleyebiliyor ve bunları önceden var olan proteinlerden ayırt edebiliyorlardı.
Cline'ın grubu, fareler beyin aktivitesinde büyük ve yaygın bir artış yaşadıktan sonra hangi proteinlerin yapıldığını izlemek için azidonorlösini kullandı ve etrafımızdaki dünyayı deneyimlediğimizde daha küçük ölçekte olanları taklit etti. Ekip, duyusal bilginin işlenmesinden sorumlu önemli bir beyin hücresi sınıfı olan kortikal glutamaterjik nöronlara odaklandı.
Sinirsel faaliyetteki artışın ardından araştırmacılar nöronlarda 300 farklı proteinin seviyesinin değiştiğini keşfetti. Beyin aktivitesindeki ani artış sırasında üçte ikisinin sentezi artarken, kalan üçte birinin sentezi azaldı. Cline ve meslektaşları, "aday plastisite proteinleri" olarak adlandırılan bu proteinlerin rollerini analiz ederek, plastisiteyi nasıl etkileyebilecekleri konusunda genel bir fikir edinebildiler. Proteinlerin çoğu, örneğin nöronların yapısı ve şeklinin yanı sıra diğer hücrelerle nasıl iletişim kurdukları ile ilgilidir. Bu proteinler, beyin aktivitesinin hücreler arasındaki bağlantıları hemen etkilemeye başlayabileceği yolları önerdi.
Ek olarak, bazı proteinler DNA'nın hücreler içinde nasıl paketlendiğiyle ilgiliydi; bu paketlemenin değiştirilmesi, bir hücrenin uzun bir süre boyunca hangi genlere erişebileceğini ve bunları kullanabileceğini değiştirebilir. Bu, beyin aktivitesindeki çok kısa bir ani yükselişin beyinde daha sürekli bir yeniden şekillenmeye yol açabileceği yollarını göstermektedir.
Cline, "Bu, beyin aktivitesindeki bir değişikliğin günlerce gen ifadesi dalgalarına yol açabileceği açık bir mekanizmadır" diyor.
Araştırmacılar bu yöntemi, örneğin hayvanlarda olduğu üzere, yeni bir görsel uyaran gördükten sonra farklı beyin hücrelerinde değişebilecek olanlar gibi ek aday plastisite proteinlerini keşfetmek ve incelemek için kullanmayı umuyor. Cline, kullandıkları aracın, beyin aktivitesinin genç ve yaşlı, sağlıklı ve hastalıklı beyinlerde protein üretimini nasıl etkilediğine dair karşılaştırmalar yoluyla beyin hastalıkları ve yaşlanma hakkında da fikir verebileceğini söylüyor.
Araştırma Ulusal Sağlık Enstitüleri, Hahn Aile Vakfı ve Harold L. Dorris Nörobilim Merkezi Bağış Fonu tarafından finanse edilmiştir.
Scripps Araştırma Enstitüsü, 25 Kasım 2022, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 21.12.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: “Lucio M. Schiapparelli, Yi Xie, Pranav Sharma, Daniel B. McClatchy, Yuanhui Ma, John R. Yates 3rd, Anton Maximov ve Hollis T. Cline tarafından yazılan "Aktiviteye Bağlı Kortikal Glutamaterjik Nöron Nascent Proteinleri", 19 Ekim 2022, JNeurosci.DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0707-22.2022
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.