Stanford: İnsan beyni iki ayrı kökenden gelişiyor

Stanford Medicine öncülüğündeki bir ekip, 18 Eylül'de Nature Neuroscience dergisinde yayımlanan çalışmasında, anatomi kitaplarının tek bir organ saydığı beynin aslında birbirinden bağımsız iki başlangıç noktasından kurulduğunu bildirdi. Araştırmacılar, vücut planının ilk şekillendiği gastrülasyon evresindeki fare embriyolarını inceleyerek birbirine hiç karışmayan iki öncü hücre grubu saptadı. Otx2 adlı genin işaretlediği grup ön beyin ve orta beyni oluşturuyor. Gbx2 taşıyan ikinci grup ise nefes almayı, kalp atışını ve uykuyu düzenleyen, yüz, dil ve boğaz kaslarını kontrol eden beyin sapı bölgesine, yani arka beyne ayrılmış durumda.

Ekibe göre iki grup gelişimin en erken evresinden itibaren birbirini dışlıyor; hangi genlere ulaşılabileceğini belirleyen kromatin yapıları o kadar farklı ki her öncü hücre kendi kaderine kilitleniyor. Çalışmanın kıdemli yazarı, gelişim biyolojisi doçenti Kyle Loh, "Beynin ön kısmının, arka kısmından tamamen farklı bir öncü hücreden doğduğunu ilk kez gösterdik" dedi. Bu bulgu, alanın onlarca yıldır dayandığı, beynin tamamının tek bir öncü hücreden geliştiği modeliyle çelişiyor. Çalışmanın ortak ilk yazarları doktora öğrencileri Carolyn Dundes ve Rayyan Jokhai.

Bulgu aynı zamanda uzun süredir devam eden bir laboratuvar başarısızlığını da açıklıyor. Bilim insanları onlarca yıldır insan arka beyin nöronlarını kültürde üretmeyi başaramıyordu. Jokhai, "Arka beyin nöronu üretmeye yönelik önceki denemeler büyük olasılıkla ön beyin ve orta beyin öncü hücrelerini arka beyin hücresine dönüştürmeye çalıştı; çalışmamız bunun mümkün olmadığını gösteriyor" dedi. Doğru hücre soyundan yola çıkan araştırmacılar, insan pluripotent kök hücrelerini ilk kez işlevsel arka beyin motor nöronlarına dönüştürdü. Stanford Medicine'e göre bu hücreler aksiyon potansiyeli üretti ve yüz ile yutma kaslarını kontrol eden arka beyin segmentlerine özgü proteinleri sentezledi.

Sonucun gelişim biyolojisinin ötesine geçmesinin nedeni de bu. Spinal musküler atrofi, 1 yaşın altındaki çocuklarda önde gelen genetik ölüm nedenlerinden biri; ALS ise genellikle 40-70 yaş arasında teşhis ediliyor. Her iki hastalıkta da bazı arka beyin nöronları giderek işlevini yitiriyor, hastalar önce yutma sonra nefes alma yeteneğini kaybediyor. Yaşayan hastalardan beyin sapı dokusu alınamadığı için bu hastalıkları doğrudan incelemek neredeyse imkânsızdı. Stanford ekibinin ürettiği şey bu araştırma için bir model sistem; bir tedavi değil.

Ekip ayrıca aynı çift kökenli düzeni 550 milyon yıllık evrim boyunca geriye doğru izledi ve tavuklarda, zebra balıklarında ve palamut solucanlarında da buldu. Loh, "Araştırmamız evrimin mevcut iki sinir sistemini alıp uzamsal olarak birbirine ittiğini gösteriyor" dedi. Açık kalan sorular var: Omuriliğin kendi gelişimsel kökeni nerede ve spinal musküler atrofi ile ALS arka beyin nöronlarına tam olarak nasıl zarar veriyor? Ekip sıradaki adım olarak bu iki soruyu ele alacağını söylüyor.