Somatik Hücre Nükleer Transferi ile Klonlamadaki Son Gelişmeler

Somatik hücre nükleer transfer (SCNT) yöntemi ,somatik hücreye totipotent özellik kazandıran tek üreme teknolojisidir.

1997 yılında ilk somatik hücreden klonlanmış koyun olan Dolly’den sonra SCNT klonlama yönteminde birçok epigenetik değişiklik yapılarak veriminin arttırılması amaçlanmıştır.Genetik programlama ve totipotent nitelikler bu yöntemi şekillendiren önemli unsurlardır.

Bu makalede somatik hücre klonlanmasındaki son gelişmeler incelenmiş,embriyonik kök hücreden ve somatik hücreden elde edilen klonlarının özellikleri üzerinde durulmuş ve model organizma olarak laboratuvar faresi kullanılarak epigenetik çalışmalardan bahsedilmiştir.

Memelilerde SCNT tekniği, nükleusunu veren bir yetişkin somatik hücre ve sitoplazmasını veren bir oosit hücresinin birleştirilmesiyle yeni bir organizma oluşturulmasını kapsar.Somatik hücreler in vitro olarak üretilebildiğinden ve gen modifikasyonunun da gerçekleştirildiğinden dolayı tarım, çiftçilik , ilaç, rejeneratif tıp gibi birçok alanda kullanılmaktadır.

SCNT tekniği hücre genomuna totipotent özellik kazandıran bilinen tek yöntemdir. Somatik hücre genomuna TF’lerin eklenmesi, premeabilize hücrelerin hücre ekstreleri ve hücre-hücre füzyonuyla inkübasyonu hücrelere en fazla pluripotent özellik kazandırır.

Fare ve sıçanların embriyonik kök hücreleri tam pluripotent özelliktedir ve vücutlarındaki tüm hücre hatlarına ve hatta belirli koşullarda plasental hücrelere farklılaşabilir. Embriyonik kök hücre (ESC) elde edilmesinde lisin 4 ve 27’de histonun 3’un metilasyonunda etkili değişikliğe neden olur.

ESC ve ICM(Inner Cell Mass)’ler farklı olarak farklılaşır. ESC’lerin elde edilmesinde in vivo implantasyon sırasında fenomenleri (phenomena) ifade eden somatik hücre tipleri epigenetik karakter özelliği biriktirir. Buna göre ESC’lerden elde edilen klonlanmış farelerin ICM’lerden kopyalananlardan yaklaşık iki kat daha büyük SCNT’ye özgü hiperplastik plasentaları oluşturduğu biliniyor. Preimplante olmuş fare embriyolarının blastomerlerinden nükleer transfer, aktarılan embriyo sayısı başına doğum oranı açısından daha etkilidir ve oluşan yeni klonlar daha az anormalliğe sahiptir.

Memelilere bakıldığında nükleer transfer ve SCNT klonlama arasında doğum oranı ve oluşan anormallikler açısından bir fark oluşabilir. Bu nedenle pre-implante olmuş embriyo ve post-implante olmuş somatik hücre arasında bir epigenetik bariyer olduğu düşünülebilir.

Epigenetik faktörler hücreye etki eden önemli unsurlardır. Epigenetik bazı markerlar implantasyon sırasında somatik hücre genomuna etki edip tüm yaşamı boyunca genomunda bulunabilir. Bu markerlar gonadal germ hücre gelişimiyle kontrollü olarak yok edilebilir, silinebilir. Ancak SCNT, somatik hücre genomunu bu silme adımlarını atlayarak doğrudan totipotent olan duruma yeniden programlamaya zorlar. Bu nedenle epigenetik hatalara eğilim ve ölüm,embriyo kaybı görülebilir. IPSC (indüklenmiş pluripotent kök hücre) oluşumu sırasında orjinal donör hücrenin çoğu epigenetik karakteri silinemez.

SCNT, somatik hücre işaretlenmesi ve hücre tipine özgü farklılaşma hafızası gibi epigenetik engelleri aşarak sağlıklı bir klon oluşturulmalıdır. Bu engeller klonda programlama hatalarına ve anormalliklere neden olur.

1996 yılında somatik hücrelerden elde edilen Dolly’nin doğumundan sonra farklı hücre tiplerinin kullanımıyla birçok deney yapılarak klon oluşturulmuştur. Bu deneylere göre yavruların dağılım oranları açısından klonlama verimliliğinin bit takım biyolojik ve teknik faktörlerden etkileneceği görülmüştür.

Genetik geçmişlerinin bilinirliği,superovulasyon gibi birçok avantajılı özelliği nedeniyle klonlama çalışmaları fareler üzerinde incelenmiştir. Bu deneyler sırasında farelerin doğum hızlarının iki faktörün kombinasyonuyla belirlendiği bulunmuştur. Embriyonik kök hücreleri kullanarak farelerin klonlanması verimliliği, hücre döngüsünün ooplaszm ile başarıyla sekronize edilmesi ve in vitro kültür sırasında genetik/epigenetik hataların önlenmesi şartıyla yüksektir.

Emriyonik kök hücrelerin yüksek programlanabilirliği, normal erken embriyonik gelişim için gerekli önemli bir faktör olan Oct3/4 ‘un overexpresyonuyla ilişkilendirilebilir.

Embriyonik kök hücre nüklesu ve alıcı ooplazm arasında daha iyi bir hücre döngüsünün denkliği konfluent kültür veya nokodazol tedavi ile M-fazındaki hücre döngüsünde tutulmayla başarılabilir.

Klonlama verimliliği açısından en iyi donör hücre tiplerinin embriyonik kök hücreler, sonrasında neonatol Sertoli hücreleri ve erişkin kumulus hücrerleridir. Bu bilgi klonlama verimliliğiyle ile farklılaşmanın ters orantılı olduğunu düşündürür. Bu düşünceyi test etmek için aynı hücre hattında farklılaşmış hücreleri klonlama yöntemi kullanılmıştır. Nörolojik hücreler fetustan 15,5-17,5 gün sonra fetuslardan toplandığında, normal klonlanmış yavrular nispeten yüksek oranda doğar.Bunun aksine, neonatal farelerin sinir hücrelerinin embriyonik ölümü nedeniyle doğum olamamıştır. Fetal veya neonatal beyinlerden elde edilen sinir kök hücreleri, SCNT ile normal yavrular oluşturmak üzere klonlanabilir. Sonuç olarak sinir hattı hücreleri farklılaştıkça tekrar programlanabilme özelliğinde kayıp meydana gelir.

Nükleer programlanmada epigentik hataların önlenmesi hayvan klonlanma başarısını arttırır.Enright ve arkadaşları -5-azositidin ve trikostatin A (TSA) kullanılarak donör hücre çekirdeğinin epigenetik statüsünü nükleer transferden önce değiştirmeye çalışmıştır. Bu epigenetiği etkileyen ilaçlar çok zehirlidir. Kullanımı belirli periyotlarda,miktarda ve zamanda olmalıdır. Bu amaçla deneme-yanılma yöntemiyle Kishigami ve arkadaşları fare embriyolarını klonlanması için TSA tedavisinin optimum konsantrasyonunu, zamanını ve periyodunu belirlerdi. Böylece embriyonik kök hücrelerin klonlanmasının haricinde fare klonlanmasının başarısı beş kattan fazla arttı. Bazı daha az toksik maddelerin klonlanma için kullanılmasında sadece hibrid canlıda değil klonlanmamış yakın cins farelerde de fare klonlama başarısı artmıştır. Zhao ve arkadaşları böyle bir maddeyi domuz klonlamarında kullanarak başarıyı oldukça arttırmışlardır. Buna karşın bazı araştırmacılar TSA kullanımının SCNT embriyolarının in vitro ve in vivo gelişiminde olumsuz bir etkisinin olduğunu bildirmişlerdir.

Çeşitli HDACi ilaçları kullanılarak çeşitli canlılara ve bu canlıların duyarlılığına göre değişik klonlama sonuçları gözlenmiştir. Ancak yapılan basit ya da gelişmiş hücresel yapıya sahip canlıların hepsinde epigenetik etki gözlenmiştir.

Çeviren ve Derleyen: Merve Gül Turan

Kaynak: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3539358/

#somatik #hücre #nükleer #transferi #klonlamadaki #gelişmeler