Uyarılmış Kök Hücrelerin Oluşum ve Başkalaşım Süreçlerinin Sistem Biyolojisi ve Biyomühendislik Yaklaşımlarıyla Modellenerek Geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, uyarılmış kök hücrelerin oluşum ve başkalaşım süreçlerinde geçtikleri aşamaların hesaplamalı sistem biyolojisi ve biyomuhendislik araçları kullanılarak incelenmesi, bu aşamaların matematiksel modellerinin oluşturularak hız ve verimlerinin arttırılmasına yönelik stratejilerin önerilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında 10 veri seti ele alınmıştır, bu veri setleri, MEF (fare embriyonik fibroblastları) hücreleri, astrositler, motor nöronlar ve iPSC (uyarılmış kök hücreler) arasındaki başkalaşım ve yeniden programlama süreçlerini inceleyen RNAseq, ChipSeq ve scRNA verileridir. Projede ulaşılan sonuçlar şu şekilde özetlenebilir: - Kök hücrelerin oluşum ve başkalaşım süreçleri, moleküler mekanizmalar bakımından birbirinin tersi aşamalardan oluşmamaktadır, değişim geçiren yolaklar benzer olsa da değişimin hızı, sırası gibi bir çok faktör yeniden programlama ve başkalaşıma özgü seyretmektedir. - Kök hücrelerin oluşum ve başkalaşım süreçlerindeki verim oranı deneysel tasarıma bağlı olarak %1 ila %50 arasında değişebilmektedir. Verimsizliğin sebebi, deneysel tasarımda kontrol altına alınmamış hücresel aktivitelerin, hücre topluluğunun heterojenitesini arttırması ve bu heterojenitenin yalnızca bir grup hücrenin hedeflenen hücre türüne başkalaşmasını sağlarken diğer hücrelerin hedeflenenden başka profillere ulaşmasına yol açmasıdır. Bu heterojenitenin engellenmesi için öncelikle başkalaşım mekanizmasının iyi anlaşılması ve deney tasarımının bu mekanizmadaki önemli faktörleri kontrol altında tutacak şekilde yapılması gerekmektedir. - Matematiksel modeller, bu süreçlerin hızlanması ve verimliliğinin arttırılması için karmaşık gen regulasyon ağları içerisindeki en uygun hedefleri gösterebilme potansiyeline sahiptir. Sonuç raporunu sunmakta olduğumuz projemiz, rejeneratif tıp alanında önemli uygulamaları olan kök hücrelerin, genom ölçekli veriye dayanan sistem biyolojisi incelemeleri ve matematiksel modelleme aracığıyla çok daha verimli ve isabetli biçimde oluşturulup başkalaştırılabileceğini göstermiştir.