Kalbimiz neden solda?

[Saba Aslan]

Anne karnındaki embriyo başlangıçta simetrik bir yapıya sahip. Peki, embriyonun gelişimi sırasında hangi organlarının sağda, hangilerinin solda yer alacağı nasıl belirleniyor? İşte bilim adamlarının çözdüğü sır!





Vücudumuzun içinde her şey çok farklı: Kalp, dalak ve pankreas solda, safra kesesi ve karaciğer sağda...
Hatta akciğer gibi çift organlar da sağ ile sol arasında morfolojik farklılıklar sergilerler: Sağ akciğer için üç lob ve sol için de iki lob. Bağırsaklar da sürekli aynı yönde dolandığından yanaldır.
Peki nasıl oluyor da, başlangıçta bütünüyle simetrik olan embriyo sağı soldan ayırıp organlarını yanlamasına dizebiliyor?
Bilim adamları uzun zamandır bu sırrı çözmeye çalışıyorlardı. Nihayet amaçlarına ulaştılar. Son yıllarda, bu organizasyonun, embriyonun birkaç hücresinin yüzeyindeki küçük kirpikler tarafından gerçekleştirilen rotasyon hareketlerinin sonucu olduğunu belirlediler.
Kararlı bir rotasyon
Nice Sophia Üniversitesi’nde gelişim biyolojisi ve kanser araştırma, işaretleme enstitüsünü yöneten Stephane Noselli, 2004 yılından beri yapılan araştırmaların, simetriyi kıran bir yapı olarak kirpiklerin rolünü gittikçe daha fazla kanıtladığına dikkat çekiyor.
Her şey "düğüm"le başlıyor
Her şey otuz yıl kadar önce, Kartagener sendromu olarak bilinen, ender rastlanan genetik bir hastalığa yakalanan kişilerin incelenmesiyle başladı.
Son on yılda fareler üzerinde yapılan sayısız araştırma ve özellikle de, aynı zamanda hem kirpikleri hem de iç asimetriyi etkileyen mutasyonların incelenmesi bu asimetrinin nerede başladığının keşfedilmesini sağladı.
Her şey "düğüm" düzeyinde başlıyor. Bu düğüm, gastrülasyon olarak adlandırılan, embriyonun gelişiminin erken bir evresinde (2. hafta), ventral kutupta oluşan geçici, küçük bir çöküntü.
Bu aşamada, embriyo hala tam olarak simetriktir ve sırtın, karnın, başın ve ayakların neye dönüşeceğine karar vermiştir. Bu düğüm, her biri birer kirpikle donanmış, son derece sıkışık 200 ila 300 hücreden oluşur.
Gizemli sinyal
Ancak 1998 yılında Hirokawa ekibinden Shigenori Nonaka video-mikroskopi sayesinde bunun herhangi bir kirpik olmadığını belirledi. Nedeni ise, organizmamızın önden arkaya doğru açılıp kapanan klasik kirpiklerinin (iç kulak, solunum mukozaları) tersine, düğüm kirpiklerinin moleküler yapıları nedeniyle, saatin akrep ve yelkovanı doğrultusunda dönmeleridir.
Shigenori Nonaka embriyonun simetrisini bu hareketin bozup bozmadığını anlamak amacıyla düğümü yıkayan embriyon dışı sıvıya floresan bilyeler ekleyip kımıldamalarını seyretti. Hepsi aynı doğrultuda, sola doğru hareket ediyordu. Bu ilginç fenomen bilim adamları tarafından "düğümlü akım" olarak adlandırıldı.
Bu akım oldukça belirleyiciydi. Kirpiklerin dönerken meydana getirdikleri bu akım embriyoyu asimetrik kılmak amacıyla soluna gizemli bir sinyal gönderiyordu.
Peki ama niye sol?
Bununla birlikte ufak bir sorun söz konusu: Bir rotasyon hareketinin bir tarafta akım yaratırken diğer tarafta yaratmaması için hiçbir neden yok.
Nobutaka Hirokawa'nın ekibi geçen yıl ultra hızlı bir kamera sayesinde bu baş ağrıtan soruyu cevaplamayı başardı. Rotasyon eksenini üç boyutlu inceleyen ekip, bunun embriyonun 40 derece arkasına yönelmiş olduğunu belirledi.
Kirpikler embriyonun iç simetrisini nasıl kırıyorlar?
Embriyon gelişiminin ilk iki haftasında tamamen simetriktir. Simetri kırılması embriyonun yüzeyindeki çukur olan ventral düğümde meydana gelir. Bu düğüm kirpikli hücrelerden oluşmuştur. Bu kirpikler sıvıyı karıştırıp embriyonun soluna iterek morfojen moleküllerin konsantrasyonunu sağlarlar.
1. Kabarcıklar meydana gelir. Düğümün hücreleri organların konumunda rol oynayan morfojen kabarcıkları serbest bırakırlar.
2. Kirpikler harekete geçer. Bir saatin akrep ve yelkovanı doğrultusunda dönen kirpikler kabarcıkları sola doğru iterler.
3. Kabarcıklar solda birikir. Kabarcıklar solda birikerek kirpiklerin karşısında patlar ve morfojenleri salıverir.
4. Simetri kırılır
Morfojenler hücre içinde asimetriye yol açan bir dizi olayı tetiklerler
Başka bir deyişle, kirpik eğer embriyo yüzeyinden uzakta dikilmişse etkili bir harekete yol açıyor; düğümün hücrelerine sürtündüğünde ise, etkisiz bir hareket oluşturuyor. Sonuçta da, embriyonun soluna doğru, sağdakine kıyasla çok daha önemli bir akım oluşuyor. Peki tüm bunlar asimetriyi açıklıyor mu?
Bu akımın organların yanlamasına sıralanmasını nasıl gerçekleştirdiği tam olarak bilinmediği için bu soruya kesin bir evet yanıtı verilemiyor.
İki model
Ancak yine bu konuda da son sözü 2005 yılında Nobutaka Hirokawa söyledi. Japon araştırmacı kirpikli hücreleri inceleyebilmek amacıyla bunları hücre zarının lipitlerine bağlanan floresan bir maddeyle belirginleştirdi.
Kendisi araştırmalarıyla ilgili şu açıklamalarda bulunuyor: "Sadece düğüm hücrelerini incelemeyi düşünürken, o zamana kadar bilinmeyen bir madde olan, çapları 0.3 ila 5 mikrometre arasında değişen ve sola düğüm akımıyla iletilen küçük kabarcıklar belirledik."
Hirokawa bunları NVP (Düğüm kabarcık parçacıkları) olarak adlandırıyor. Bu keşif tam da, düğüm akışının asimetriyi nasıl tetiklediğini açıklamak için iki modelin çarpıştığı bir döneme denk geldi.
Birinci senaryoya göre, bu akım düğümün çevresindeki kirpikler tarafından tamamen mekanik bir şekilde hissediliyor. İkinci model ise, bu akımın o zamana kadar bilinmeyen morfojen (canlılarda dış şekillerin oluşumu.) molekülleri embriyonun solunda topladığını öngörüyor.
Morfojen hipotezi
Nobutaka Hirokawa, keşfettikleri düğüm kabarcık parçacıklarının morfojen molekül hipotezini güçlendirdiğini belirtiyor. Hirokawa’ya göre, düğümün her bölgesinden yayılan bu kabarcıklar daha sonra düğüm akımı tarafından embriyonun sol tarafına taşınıyorlar.
Burada da patlayıp içlerindeki Sonic Hedgehog ve retinoik asit moleküllerini salıveriyorlar. Bu ikisi de organların asimetrik sıralanmasında rol oynuyor.
Bu moleküller hücre içi kalsiyum düzeyini yükseltirken, bunu genlerin asimetrik aktivasyonu izliyor. Embriyonun organojenez olarak adlandırılan (5-8 hafta) gelişim sürecinde bu genlerin ürünleri organların yerleşimini belirliyorlar.
Nobutaka Hirokawa, memelilerdeki asimetrinin sayısız hücre sürecinin koordinasyonunun iyi bir örneğini oluşturduğunu kaydediyor.
Böylece göz açıp kapayıncaya kadar geçen sürede, kirpikler kalbi sola yerleştiriyor. Daha sonra diğer kilit işlevleri yerine getirmek üzere başka kirpikler devreye giriyor. Bu işlevler, nöronlara yer değiştirtmek, solunum yollarını artıklardan temizlemek ve spermlerin devinimini sağlamak olarak sıralanabilir.