Embriyoda Şekil Oluşumu ve Segmentasyon

Şekil Oluşumu

Embriyo gastrula ve nörula evrelerini geçirdikten sonra uzunluğu boyunca farklı organlar görülmeye başlar. Böceklerden insanlara kadar gelişmede daha ileri basamaklar için plan, her alanın büyük ölçüde bağımsız gelişmesi ile izlenen embriyo alt bölümlerinden birinin bir dizi alana girmesidir. Biz ilk olarak alanların nasıl kurulduğuna, daha sonra organ, kol ve bacakların şekillenmesinin bölgesel gelişimine bakacağız.

Embriyonun Segmentasyonu

Omurga sömitleri: Bir omurgalı embriyosunda omurilik tamamıyla şekillendikten sonra mezodermin en dorsal bölgesi sömitler diye adlandırılan doku bloklarına farklılaşmaya başlarlar. Dorsal mezodermin bu yeni düzenlenmesi, hem sömitlerin şekillenmesini başlatan anteriyör ve posteriyör kimyasal gradiyentlerin, hem de düzgün gruplaşmayı ve ayırmayı garantileyen sömitler arasındaki bölgesel etkileşimlerin temeli üzerine kurulmuştur.
Her sömit bir omur (eğer varsa) ona bağlı kaburgaları, o omura özgü kasları (özellikle, kol ve bacaklara çalışanları) ve deriyi (epidermisin hemen altındaki hücre katmanını) üretmeyi sürdürür. Her sömit kendi anteriyör ve posteriyör yerinin temeli üzerine hangi kemikler, sinirler ve kaslar dizisinin kurulacağını “bilir” ve belirli hale gelir. Yani genetik kaderini belirler. Genel olarak bir eksen boyunca bulunan pozisyonlar sömit genleri ve diğer birimler tarafından embriyodaki özel bir noktadan salgılanan ve (normal olarak) yayılan morfogen adı verilen bir ya da birden fazla kimyasalın konsantrasyonun ölçülmesiyle yorumlanır. Bu nedenle animal-vejetal yolk gradiyenti, bir konsantrasyon ekseni sağlanmasına karşın genellikle morfogen diye adlandırılmaz.

Drosophila’daki morfogenler ve segmentasyon: Altbölünmenin genetik ve moleküler temelleriyle morfogenlerin pozisyon bulunmasında kullanımı, hem larva hem de yetişkindeki segmentasyonun dışardan açıkça görülebildiği Drosophila’da en iyi biçimde anlaşılır. Yetişkinde başta 3 segment, bacak ve kanatların tutunduğu orta bölüm olan toraksta 3 segment ve abdomende 8 segment vardır. Blastodermde larva ve yetişkinin bütünüyle organizasyonunu belirleyen iki kimyasal eksen kurulur. Bunların biri anteriyör-posteriyör, diğeri dorsal-ventraldir. Dorsal-ventral eksen ve üzerindeki bölgeler yaklaşık 20 genlik bir grup tarafından kontrol edilir, bir diğer 30 gen de anteriyör-posteriyör eksenin okunmasından ve oluşturulmasından sorumludur, segmentasyonu oluşturan da bu uzunlamasına eksendir.
Segmentasyon yumurtanın içinde üretilmekte olan iki protein morfogeninin gradiyentlerine bağlıdır, biri önden arkaya doğru yayılırken diğeri (ya da belki bir çifti) posteriyör uçtan ileri doğru çıkar. Sonuç, birbiriyle örtüşen iki konsantrasyon gradiyentidir. Blastula hücrelerinin genleri bu iki kimyasalın oranlarına açıkça karşılık verir. Bölünme başlamadan önce bile eğer sitoplazma yumurtanın anteriyör ucundan kaldırılıp posteriyör sitoplazma ile yer değiştirilirse, larva başsız; ancak her iki uçta da bir abdomenli olarak gelişir. Bu kutuplaşan iki morfogenin birinden yoksun olan mutantlar, yumurtanın uygun ucuna eksik kimyasalın enjekte edilmesiyle kurtarılabilirler.
Birbiriyle örtüşen konsantrasyon gradiyentleri, hücrelerin embriyodaki olası yerlerini belirlemesine rağmen bu belirleme tam ve doğru gelişmeyi yönlendirmek için tek başına yeterli değildir. Bu amaca yardımcı olmak için en azından bir aracı sınırtaşı, larvanın uzun orta bölgesindeki hücreler için bir referans noktası sağlamak için kurulmuştur. Örneğin, doğru oranda anteriyörden-posteriyöre morfogenler tarafından uyarılmış, larva boyunun üçte biri kadar olan küçük bir hücre takımı, embriyonun ortasını düzenlemeye yardımcı olacak farklı bir morfogeni sentezlemeye ve salgılamaya başlar; diğer morfogenler o bölgelerde gelişmeye yardım etmek için eksen boyunca başka yerlerde üretilebilirler. Orta bölgenin morfogen sentezinin yeri ikinci ve üçüncü toraksa ait segmentler arasındaki bağlantının en son yeri haline gelir ve bu morfogenin bölge oluşturan etkileri son baş segmentinden abdomenin anteriyör bölümüne dek uzanır. Bu hücre takımı kendi morfogenini sentezlemeye başlayınca komşu hücrelerin aynı görevi üstlenmelerini engeller. Böylece meydana gelen gradiyentin iyi odaklanacağını garanti altına alır.
Embriyoyu düzenlemedeki bir sonraki adım anteriyör-posteriyör morfogen gradientlerini ve bölgesel morfogenleri kullanan hücrelerin hangi yedi segment çiftinde bulunduğunu saptamak ve çeşitli hücrelerdeki bu işten sorumlu genlere gereksinim duymaktır (Yetişkin larvada 14 segment vardır). Tahminen bu, hücrelerin kendilerini kendi segment çiftlerinin anteriyör ya da posteriyör üyesine yerleşmelerine olanak veren daha fazla kimyasalın salgılanmasına neden olur. Sonuç olarak yaklaşık 10 gen grubu her segmenti kendi başına kutuplaştırarak çalışmaya koyulur.
Tüm vücut morfogenlerinin daha fazla bölgesel morfogen tarafından izlenen sıralı ve hiyerarşik düzenlemesi, yavaş yavaş ve artarak belirginleşen özel kaderlere doğru adım adım bir hücre kararlılığı gösterir. Homeotik genlerin rolleri bu noktada, segmentin kimliğinin belirlendiği ve polarize edici koordinatlar kurulduğunda 20 kadar homeotik gene sahip familyanın bazı üyeleri (Bu genlerin mutant alelleri bir segment ya da yapıyı değiştirip diğerine benzettiği için bu şekilde isimlendirilmiştir.) bulunduğu segmente göre aktive edilir. Bulunduklan segmente göre aktive olurlar. Homeotik genlerin ürünleri, onları indükleyen morfogenler gibi genel olarak DNA’ ya bağlanan kontrol maddeleri olup ve diğer pek çok genin çalışmasını organize ederler. Bu bağlamda bu genler her bir segmentin kendine özgü karakterlerinin ifade edilmesine neden olurlar. Daha önce değinilen diğer kontrol genleri gibi homeotik genler, hücre bölündüğü zaman yavrulara geçen hücre genomunda kalıcı değişiklikler meydana getirirler. Yani, homeotik genler hücresel belirlenmeyi uyarır. Sınırlayıcı bağlardan kurtulmuş olan homeotik gen ürünleri, hücreler farklılaşmaya başladığı zaman gözden kaybolur ve böylece onların etkileri belirli olur.
Böceklerdeki homeotik genlerin etkilerinin en çarpıcı sonucu hücrelerin tabak gibi yığınlarından meydana gelen imajinal disklerin oluşturulmasıdır. Fakat, pupa şeklinde farklılaşma ortaya çıkmasına karşın belirlenme daha erken segmentasyondan hemen sonra homeotik genler ilk aktive olduğu zaman larval fazda meydana gelir.
Olası bir bacak diski bir anten diski ile değiştirilirse oluşan ergin birey, başında bir bacağa, toraksında ise bir antene sahip olacaktır. Homeotik genler, bitoraks ve antennapedia kompleksi denilen iki tane birbirine yakın gruplardaki kromozom üzerinde yer alırlar.

Bir genin bir kompleks içindeki pozisyonu embriyo üzerindeki etki bölgesi ile bağlantılıdır. Antennapedia kompleksindeki genler embriyonun ön ucunda işlev görür. Tüm kromozom boyunca yer alan genler posteriyör yapılarda işlevseldir ve bu model bitoraks grubu için de geçerlidir. Bu organizasyonun mantığı henüz anlaşılmamıştır.
Bir diğer merak uyandırıcı buluş ise bir çok gelişmeyi kontrol eden genlerde olduğu gibi her bir homeotik gende bulunan homeobox denilen 180 nükleotit dizisinin varlığını bulmaktı. Her ne kadar tam sıra genden gene değişiyorsa da belirgin şekilde kuvvetli bir benzerlik vardır. Homeobox gen ürünleri, transkripsiyon faktörleri olup temel homeobox dizisindeki varyasyonun her segment için gerekli olan özel gen gruplarının aktivasyonunda homeotik genlerin özgüllüğünü açıklamaktadır. Örneğin, normal olarak sadece toraksta transkribe edilecek olan bir genin baş bölgesinde aktif hale gelmesine neden olan bir mutasyon, antenin yerinde bacak oluşmasına yol açar. Daha önce tanımlanan disk nakillerinin (transplant) taklit edici etkileri homeotik kontrol elementindeki bir mutasyon sonucu oluşur.
Diğer türlerde yapılan çalışmalar, bitkilerden halkalı solucanlara, insanlara kadar bütün çokhücreli organizma türlerinde homeoboxlara çevrilmiştir. Drosophila’da segmentasyon genleri ile ilgili çalışmaların anlaşılması, bizim kendi genlerimizin kendi kendilerine nasıl organize olduklarını anlamamıza belki de katkı da bulunacaktır.

Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com

Yazar: Taner Tunç

Yorum Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This div height required for enabling the sticky sidebar
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :