Hücrelerin geleceğini okumak için yeni bir adım

İstanbul Medipol Üniversitesi Sağlık Bilim ve Teknolojileri Araştırma Enstitüsü (SABİTA)’da araştırmacı olan Sezgin Er’in de araştırma ekibinde yer aldığı bilimsel çalışma, hücrelerin zaman içinde nasıl değiştiğini ve hangi hücre tiplerine dönüşeceğini daha doğru tahmin etmeyi mümkün kılıyor. Nature Dergisi’nde yayımlanan “Cell2fate infers RNA velocity modules to improve cell fate prediction” başlıklı araştırmada, tek hücreli RNA dizileme verilerinden hücresel kaderin daha güvenilir biçimde öngörülmesini sağlayan cell2fate adlı yeni bir hesaplamalı biyoloji yöntemi tanıtıldı.

HÜCRELERİN “GELECEĞİNİ” OKUMAK MÜMKÜN HALE GELİYOR
İnsan vücudundaki dokular, kökeni aynı olan hücrelerin zamanla farklı görevler üstlenmesiyle oluşuyor. Bu süreçte hücreler gelişiyor, olgunlaşıyor ya da işlevini tamamlayarak yerini başka hücrelere bırakıyor. Hücrelerin bu yolculuğunu doğru anlamak, kanserden nörolojik hastalıklara kadar pek çok sağlık sorununun temel mekanizmalarını çözmek açısından büyük önem taşıyor.

Günümüzde bu süreci incelemek için kullanılan “RNA velocity” yöntemleri, hücrelerin geçmişten geleceğe doğru hangi yönde ilerlediğini tahmin etmeye çalışıyor. Ancak bugüne kadar kullanılan mevcut yaklaşımlar, hücrelerin gelecekte hangi yönde ilerleyeceğini tahmin ederken bazı durumlarda yetersiz kalabiliyordu. Özellikle olgun hücrelerde ve karmaşık biyolojik geçişlerde, sonuçlar belirsizleşebiliyor ya da biyolojik olarak gerçekçi olmayan yorumlar ortaya çıkabiliyordu.

Bu noktada geliştirilen cell2fate, RNA velocity yaklaşımını daha gerçekçi biyofiziksel temellere oturtarak bu sınırlamaları aşmayı hedefliyor.

DAHA HASSAS, DAHA YORUMLANABİLİR BİR MODEL
Araştırma ekibi, cell2fate modelinde hücresel gen ifade değişimlerini “modüller” halinde ele alarak, karmaşık genetik süreçleri daha küçük ve anlaşılır bileşenlere ayırdı. Bu yaklaşım sayesinde, hücrelerin hangi aşamada olduğu ve bu aşamada hangi genetik programların devreye girdiği daha net biçimde görülebiliyor.

Aynı zamanda cell2fate, elde edilen tahminlerin ne kadar güvenilir olduğunu da hesaplayarak araştırmacılara sonuçları daha sağlıklı yorumlama imkânı sunuyor. Böylece hücrelerin izlediği biyolojik yol yalnızca tahmin edilmekle kalmıyor, bu tahminlerin bilimsel dayanağı da açıkça ortaya konuyor.

MEVCUT YÖNTEMLERİ GERİDE BIRAKTI
Araştırmacılar, cell2fate modelini farklı canlı türlerinden ve dokulardan elde edilen beş ayrı büyük veri seti üzerinde test etti. Yapılan karşılaştırmalarda, cell2fate’in mevcut RNA velocity yöntemlerine kıyasla hücre kaderini daha doğru tahmin ettiği, özellikle de nadir ve olgun hücre tiplerinde yanlış yönlü sonuçları büyük ölçüde azalttığı ortaya kondu.

Özellikle sinir sistemi gelişimi ve kan hücrelerinin olgunlaşması gibi karmaşık süreçlerde, cell2fate’ın hücrelerin izlediği biyolojik yolu doğru şekilde yeniden inşa edebildiği gösterildi.

İNSAN BEYNİ GELİŞİMİ ÜÇ BOYUTLU OLARAK HARİTALANDI
Çalışmanın öne çıkan sonuçlarından biri de cell2fate’ın mekânsal genetik verilerle birlikte kullanılması oldu. Araştırmacılar, insan beyninin gelişimi sırasında hücrelerin yalnızca zaman içinde nasıl değiştiğini değil, aynı zamanda dokunun farklı bölgelerinde nasıl konumlandığını da analiz etti.

Bu sayede hücresel değişimlerin, beynin fiziksel yapısıyla nasıl ilişkili olduğu daha ayrıntılı biçimde ortaya kondu. Elde edilen bulgular, insan beyni gelişiminin daha önce mümkün olmayan bir ayrıntı düzeyinde incelenmesine olanak sağladı.

TIP ARAŞTIRMALARINA KRİTİK ETKİ
Çalışma, tek hücreli genetik analizlerde uzun süredir karşılaşılan belirsizlik sorununa bir çözüm sunuyor. Geliştirilen cell2fate yöntemi sayesinde hücrelerin hangi yönde ilerlediği yalnızca tahmin edilmekle kalmıyor, bu tahminlerin ne kadar güvenilir olduğu da ortaya konabiliyor. Bu da özellikle kanser gibi hücresel değişimin kritik olduğu hastalıklarda, hastalığın nasıl ilerlediğini daha doğru anlamayı mümkün kılıyor.

Aynı zamanda kök hücre ve beyin gelişimi araştırmalarında, hücrelerin hangi aşamada hangi görevi üstlendiği daha net biçimde analiz edilebiliyor. Araştırma, hesaplamalı biyoloji alanında daha güvenilir ve yorumlanabilir analizlerin önünü açarak, tıp araştırmalarında daha sağlam ve öngörülebilir sonuçların elde edilmesine katkı sağlamayı amaçlıyor.