Sinir hücrelerinin çok fazla enerjiye ve oksijene ihtiyacı vardır. Her ikisini de kan yoluyla alırlar. Bu nedenle sinir dokusu genellikle çok sayıda kan damarı tarafından çaprazlanır. Peki ama nöronlar ve damar hücreleri büyürken birbirlerinin yoluna çıkmalarını engelleyen nedir? Heidelberg ve Bonn Üniversitelerindeki araştırmacılar, uluslararası ortaklarla birlikte, bunu sağlayan bir mekanizma belirlediler. Sonuçlar Neuron dergisinde yayınlandı.
Sinir hücreleri son derece açtır. Gıda yoluyla tükettiğimiz her beş kaloriden biri beynimize gider. Çünkü voltaj darbeleri (aksiyon potansiyelleri) üretmek ve bunları nöronlar arasında iletmek çok yoğun enerji gerektirir. Bu nedenle sinir dokusu genellikle çok sayıda kan damarı ile çevrilidir. Bunlar besin ve oksijen tedarikini sağlar.
Embriyonik gelişim sırasında, beyin ve omurilikte, aynı zamanda gözün retinasında çok sayıda damar filizlenir. Ayrıca, burada birbirleriyle kaslar ve organlar gibi yapılarla ağ oluşturan nöron kitleleri oluşur. Her iki süreç de birbirinin yoluna çıkmamak için birbirini dikkate almak zorundadır. Bonn Üniversitesi’nde ImmunoSensation2 Mükemmeliyet Kümesi Yaşam ve Sağlık Disiplinlerarası Araştırma Alanı üyesi olan Dr. Carmen Ruiz de Almodóvar, “Bunu sağlayan yeni bir mekanizma tespit ettik” diyor.
Araştırmacı 2022 yılının başlarında Bonn Üniversite Hastanesi Nörovasküler Hücre Biyolojisi Enstitüsü’ne taşındı. Bu ilkbahardan beri, üniversitenin seçkin araştırmacıları Bonn’a çekmeyi amaçladığı özel kurulmuş Schlegel Profesörlüklerinden birine sahip. Bununla birlikte, araştırmanın çoğu hala eski çalışma yeri olan Heidelberg Üniversitesi’nin bir parçası olan Mannheim Tıp Fakültesi’ndeki Avrupa Anjiyobilim Merkezi’nde yapılıyordu. Çalışma daha sonra Bonn Üniversitesi’nde tamamlandı. Çalışmasında, kendisi ve uluslararası ortakları, farelerin omuriliğindeki kan damarlarının oluşumunu yakından inceledi.
Omurgada Büyüme Duraklaması
“Omurilikteki kan damarlarının ortaya çıkışı hayvanlarda döllenmeden yaklaşık 8,5 gün sonra başlar” diyor. “Ancak 10,5 ve 12,5. günler arasında kan damarları her yöne doğru büyümez. Bu, bu süre zarfında çevrelerinde büyük miktarlarda büyümeyi teşvik edici moleküller bulunmasına rağmen gerçekleşiyor. Bunun yerine, bu süre zarfında çok sayıda sinir hücresi (motor nöronlar) omurilikteki başlangıç yerlerinden son konumlarına göç ederler. Orada, omurgadan çeşitli hedef kaslara giden akson adı verilen uzantılar oluştururlar.”
Bu, motor nöronların, kan damarlarının kendilerine doğru büyümediği bir zamanda kendi kendilerini organize ettikleri ve büyüdükleri anlamına gelir. Ancak bundan sonra damarlar yeniden filizlenmeye başlıyor. José Ricardo Vieira, “Her şey dikkatle koreografisi yapılmış bir dansa benziyor” diye açıklıyor. Ruiz de Almodóvar’ın araştırma grubundaki doktora öğrencisi, çalışmadaki işlerin çoğunu yaptı. “Bu sırada her bir partner diğerinin yoluna çıkmamaya özen gösteriyor.”
Peki bu dans nasıl koordine ediliyor? Görünüşe göre, motor nöronların vasküler hücrelere “dur, şimdi sıra bende” mesajı vermesiyle. Bunu yapmak için, çevrelerine saldıkları bir proteini kullanıyorlar. Semaforin 3C (Sema3C). Bu protein damar hücrelerine yayılır ve orada PlexinD1 adı verilen bir reseptöre kenetlenir. Bir anlamda bu, moleküler mesajın hedeflendiği kulaktır.
Sağırlaşmış Damar Hücreleri Kontrolsüzce Büyür
Araştırmacılar, vasküler hücrelerde PlexinD1 oluşumunu deneysel olarak durdurduklarında da benzer bir etki elde ettiler. Bunlar artık nöronlardan gelen Sema3C sinyaline sağır olduklarından, büyümeyi durdurmadılar ama filizlenmeye devam ettiler.
Sonuçlar, embriyonik gelişim sırasında iki sürecin koordineli çalışmasının önemini belgelemektedir. Bu bulgular, güçlü ve kontrolsüz damar büyümesinin neden olduğu retina kusurları gibi bazı hastalıkların daha iyi anlaşılmasına da katkıda bulunabilir. Yeni keşfedilen mekanizmanın kullanılması, örneğin omurilik yaralanmasından sonra tahrip olmuş beyin bölgelerinin uzun vadede yenilenmesine de yardımcı olabilir.
Katılımcı Kurumlar ve Finansman
Heidelberg Üniversitesi ve Mannheim Tıp Fakültesi’nin yanı sıra Bonn Üniversite Hastanesi ve Bonn Üniversitesi, Milano’daki San Raffaele Bilimsel Enstitüsü, Londra Üniversitesi Koleji ve Bonn’daki Alman Nörodejeneratif Hastalıklar Merkezi çalışmaya dahil olmuştur. Bu çalışma Alman Araştırma Vakfı (DFG) ve Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) tarafından finansal olarak desteklenmiştir.