Doğru hamleler yapmak Understand article
Hücrenin hareketleri sağlık ve hastalıklarda önemlidir, ancak Daniel Irimia tarafından düzenlenen 2013 Dünya Hücre Yarışı için hızları çok önemli bir noktadır.
Görüntü, kamuya açık bir kaynak: Bruce Wetzel and Harry Schaefer/ National Cancer Institute’nün izniyle.
En heyecan verici gösteri sporu olmayabilir, ancak Dünya Hücre Yarışı biyologlar için Olimpiyatlara eşdeğerdir. Bu yılki yarışı, 50 μm.h-1’lik en yüksek hızlara ulaşan bir meme kanseri hücre dizisi kazandı. Kulağa anlamsız gelebilir ancak hücre hareketliliğini veya hücrelerin hareket kabiliyetini anlamak hem sağlık hem de hastalık için önemlidir. Hücre hareketliliği, kanserde olduğu kadar diğer biyolojik fonksiyonlarda, bağışıklık tepkisinde, yara iyileşmesi ve embriyo gelişiminde de bir faktördür. Ancak, bilim insanları hala süreci tam olarak anlamış değiller ve hücre hareketini spesifik olarak hızlandıran veya yavaşlatan hiçbir ilaç yok.
Kamuya açık görüntü. Kaynak: Wikimedia
Hücrelerin yiyecek bulmak, tehditleri engellemek, uygun olmayan bir ortamdan kaçmak veya yeni bir ortamda koloni kurmak gibi çeşitli nedenlerle hareket etmesi gerekir. Sperm hücreleri ve birçok bakteri de dahil olmak üzere bazı hücreler, kuyruk benzeri kamçıları kullanarak hızla yüzebilir.
Diğer hücreler, hücre yarışına dahil olanlar gibi, zar çıkıntıları (pseudopodia adı verilen) oluşturarak çok daha az dramatik bir şekilde hareket eder, biraz uzayan parmaklara benzer şekilde, kendilerini bir yüzeye yapıştırır ve sonra hücrenin geri kalanını arkasından çeker (bkz. resim 1). Bu şekilde hareket eden bir hücre, tipik olarak saatte kendi uzunluğunun 1-2 katını kat edebilir. Bunu bağlamda, bir salyangoz saatte yaklaşık 20 vücut uzunluğunda hareket eder; 2012 Olimpiyat Oyunlarında sürat koşusunda rekor kıran Usain Bolt, saatte 18000 vücut uzunluğuna eşdeğer koşmuştu.
Görüntü Paul Foot’un izniyle
Bu hareket hızlı olmayabilir, ancak inanılmaz derecede önemlidir. Örneğin, embriyo gelişimi sırasında, hassas düzenlenmiş hücre hareketleri, nihayetinde olgun organlara, sistemlere ve vücut parçalarına dönüşecek olan farklı doku katmanlarının oluşumuna izin verir. Embriyo gelişimi sırasında yanlış hücre göçü, spina bifida dahil olmak üzere çeşitli sakatlıklara ve doğum kusurlarına yol açabilir. Vücudun başka yerlerinde, özel kök hücreler kan damarlarını yenilemek, dokuları birleştirmek ve yeni bir cilt oluşturmak için yaralanma bölgesine hareket ettikçe yaralar iyileşir.
2013 Dünya Hücre Yarışı
Büyütmek için resmin üzerine tıklayın.
Şekil 1: 2013 Dünya Hücre Yarışı sırasında MDA MB 231 S1 meme kanseri hücre hattından en hızlı hücrenin ilerlemesi. Hücrenin çekirdeği toksik olmayan bir mavi boya (Hoescht boyası) ile boyanmıştır.
Görüntü Daniel Irimia, Massachusetts General Hospital’ın izniyle
‘Yarış pisti’, özel olarak yapılmış bir plaka üzerinde kazınmış, 10 μm genişliğinde karmaşık kanallı bir labirenttir. Yumuşak litografi adı verilen bir mikro üretim tekniği kullanılarak oluşturulan labirent duvarları, hassas ve karmaşık şekillere kalıplanabilen inert bir malzeme olan silikondan yapılmıştır.
Dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlar, yarışa dahil edilmek üzere en hızlı hücrelerinin bir örneğini göndermeye davet edildi. Hücreler, görülmelerini kolaylaştırmak için toksik olmayan mavi bir boya ile boyandı ve ardından labirentin bir ucuna yerleştirildi.
Çoğu hücre yalnızca belirli uyaranlara yanıt olarak hareket eder (örneğin, besinlere doğru), ancak bu yarıştaki tüm rakipler, labirent kanallarına kendi kendine yönlendirilen hareketler yapan ve genellikle normal hücrelerden daha hızlı hareket eden kanser hücreleriydi.
Görüntü kamuya açık kaynak: Bruce Wetzel and Harry Schaefer/ National Cancer Institute
Plakalar, 24 saat boyunca her 15 dakikada bir fotoğraflandı ve kazanan, 600 μm uzunluğundaki yolun uzak ucuna ulaşan en fazla hücreye sahip kültür oldu. Hücrelerin bazılarını, World Cell Race 2013 websitew1 iş başında görebilirsiniz. Klasik “Kaplumbağa ve Tavşan” masalını anımsatan sahnelerde, kazanan MDA MB 231 S1 adlı kültür bir meme kanseri hücre hattı idi ve en hızlısı olmasa da, yarış boyunca istikrarlı bir şekilde hareket etti. Sarkomdan (bağ dokusu kanseri) bir hücre hattı (MFH 137) başlangıçta yavaş çıktı daha sonra hızlandı, ancak çok az hücre bitiş çizgisini geçebildiğinden o da ikinci oldu.
Dünya Hücre Yarışı şimdi üçüncü yılında. En son yarışmada organizatörler, hücrelerin “zekasını” ve hızlarını test etmek için köşeleri ve çıkmazları olan labirentlerde hücreleri yarıştırdı. Bu, göç eden hücrelerin hücreler arası boşluklardan geçerek kendilerini üç boyutlu olarak yönlendirmek zorunda kaldıkları canlılarda neler olduğunun daha doğru bir temsilidir.
Hastalıkta ve sağlıkta
Şekil 2: Hücresel hareketliliğin ayrıntıları. a) Hücrenin ön kenarında (sağda) pseudopodium adı verilen bir zar çıkıntısı oluşur; b) pseudopodium, integrinler (kırmızı) adı verilen zar proteinleri aracılığıyla yüzeye bağlanır; c) hücrenin ana gövdesi öne çekilir; ve d) hücrenin arka kenarı yüzeyden ayrılır ve döngü yeniden başlar.
Wikimedia Commons aracılığıyla Alexandre Saez’in izniyle
Bu yarışta bir meme kanseri hücresinin galip gelmesi şaşırtıcı değil. Kanser hücreleri en hızlı hareket eden memeli hücreleri arasındadır. Kanser, başlangıçtaki tümör bölgesinden yayılma ve metastaz adı verilen bir süreçte vücudun diğer bölgelerinde büyümeye başlama eğilimindedir. Diğer hareketli hücreler uyaranlara (besinler veya ışık gibi) doğru veya onlardan uzaklaşırken, kanser hücreleri küçük alanlardan kaçmak için kendi kendine yönlendirilen hareketler yapar ve ne zaman duracaklarını bilmiyor gibi görünürler. Bir kanser hücresinin memedeki birincil tümörden 10 cm uzağa hareket ederek yakındaki bir lenf düğümüne yerleşmesi bir ay kadar kısa bir süre alabilir. Yayılmış kanserin tedavisi çok daha zordur ve genellikle ölümcüldür, bu nedenle kanser hücrelerinin hareketini durdurmanın yollarını anlamak ve nihayetinde bulmak hayat kurtarabilir.
Hücreleri daha hızlı hareket etmeye teşvik etmenin faydalı olacağı başka durumlar da olabilir. Beyaz kan hücreleri, bağışıklık tepkimizin önemli bir parçasıdır. Mikropları yutmak ve yok etmek için hızla enfeksiyon bölgelerine giderler, aktif olarak hedeflerine ulaşmak için en kısa yolu seçerler. Ciddi yanıkları olan hastalar enfeksiyonlara daha yatkındır, çünkü görünüşe göre beyaz kan hücreleri iç pusulalarını kaybeder ve kendilerini yönlendiremezler, bu da patojene doğru ilerlemelerini yavaşlatır. Bu nedenle, beyaz kan hücrelerinin hızını veya hedefleme etkinliğini artırabilecek ilaçlar, enfeksiyonların hem önlenmesi hem de tedavisi için çok yararlı olabilir.
Bununla birlikte, beyaz kan hücrelerinin tepkisini artırmak her zaman istenmez. Romatoid artrit ve astım gibi kronik enflamatuar hastalıklarda, beyaz kan hücreleri kimyasal sinyalleri yanlış yorumlayarak sağlıklı dokuya göç ederek ağrıya, iltihaplanmaya ve hasara neden olur. Bu durumlarda, bu hücre göçünü bastırmanın bir yolunun bulunması arzu edilir.
Görüntü Mad Max, Kirkland, Washington’ın izniyle
Bununla birlikte, beyaz kan hücrelerinin tepkisini artırmak her zaman istenmez. Romatoid artrit ve astım gibi kronik enflamatuar hastalıklarda, beyaz kan hücreleri kimyasal sinyalleri yanlış yorumlayarak sağlıklı dokuya göç ederek ağrıya, iltihaplanmaya ve hasara neden olur. Bu durumlarda, bu hücre göçünü bastırmanın bir yolunun bulunması arzu edilir.
Herhangi bir yarıştan sonra yarışmacılar performanslarını değerlendirir ve bir sonraki mücadeleyi planlamaya başlar. Organizatörler, bir sonraki Dünya Hücre Yarışı için şimdiden tarihi belirlediler: 14 Kasım 2014. Bir sonraki yarışta, beyaz kan hücreleri de kötülüğe karşı destansı bir savaşta kanser hücrelerinin yanında yarışmaya hak kazanacaklar. Hızlı hareket eden cıvık mantar Dictyostelium discoideum da 21 Mart 2014’te kendi yarışına kavuşuyor. Güncellemeler için World Cell Race websitew1’den abone olabilirsiniz.w1
Sınıfınızda hücre göçünü araştırmak istiyorsanız, cıvık mantar, özellikle Dictyostelium veya beyaz kan hücreleri iyi bir başlangıç olabilir. Dictyostelium hızlı büyür ve oda sıcaklığında besleyici agarda bakımı kolaydır. Beyaz kan hücrelerini tipik bir okul mikroskobu ile görmek kolaydır ve at kanı birçok eğitim tedarikçisinden temin edilebilir.
Dictyostelium veya at kanı örneğini mikroskop altında ayarlamayı ve sabit bir kamera ile düzenli aralıklarla fotoğrafını çekmeyi deneyin. Ardından, hareket eden hücreleri yakalayıp yakalayamayacağınızı görmek için görüntüleri karşılaştırın. Masa lambası gibi hassas bir ısı kaynağını lamın bir tarafına koymak yardımcı olabilir, çünkü her iki hücre türü de sıcaklığa tepki verir (termotaksis) ve Diktiyostelyum ışığa da tepki verir (fototaksis).
Web References
- w1 – World Cell Race 2013 hakkında daha fazla bilgi için web sitesini ziyaret edin.
Resources
- Daniel Irimia’nın Youtube channel kanalında yarışın ve diğer hızlı hareket eden hücrelerin videolarını izleyebilirsiniz.
- Önceki Dünya Hücre Yarışları, hakkında daha fazla bilgi edinmek için 2011 yarışmasının web sitesini ziyaret edin.
Review
Bu keyifli makale, hayvan hücrelerinin temel bir konusunu ele alıyor: hareket. Hayvan hücrelerinin hareket edebildiği yaygın olarak bilinmesine rağmen, hücre hareketinin derinlemesine anlaşılması, yazarların iddia ettiği gibi “hem sağlık hem de hastalık için gerçekten önemlidir”. Burada, eğlenceli ve ilham verici bir yaklaşımdan hareket hakkında daha fazla bilgi edinmek için değerli bir kaynağımız var. Bir Dünya Hücre Yarışı fikri bizi bir an için şok edebilir, ancak hemen anlam ve önemini kavrarız. Bu makalenin konusu immünoloji, embriyo gelişimi ve kanser gibi diğer önemli biyolojik konularla ilgilidir.
Makale ayrıca bilim insanlarının günlük çalışmaları, laboratuvarlar arasında bilgi paylaşımı ve farklı hücre hatlarının hızlarının ölçülmesine ve karşılaştırılmasına olanak tanıyan yeni teknolojiler hakkında tartışmalar yapmak için de faydalı olabilir.
Uygun kavrama soruları şunları içerebilir:
- Hücre hareketini çalışmanın önemi nedir?
- Hücre hareketi ile hücre göçü arasındaki ilişki nedir?
- Dünya Hücre Yarışının amacı nedir?
- World Cell Race’de yarış pistinin şekli neden bir yıldan diğerine değişiyor?
- Hareketi durdurmanın veya hareketi teşvik etmenin araştırmacılara fayda sağlayacağı bazı hücre örnekleri verin.
- Bazı hücreler kendi kendilerine hareket ederler ve hareket etmek için herhangi bir uyarana ihtiyaç duymazlar. Ne tür hücrelerdir? Neden sorun teşkil ettikleri düşünülüyor?
- Yarış pistini kullanarak bir ilacın hücre hareketi üzerindeki etkisini nasıl kanıtlarsınız?
Ana Molina, IES Gil y Carrasco, İspanya