EPFL Araştırmacıları Fare Beyninde 539 Kimyasal Bölgeyi Ortaya Çıkaran Yağ Haritasını Oluşturdu

Beynin hücreleri, bağlantıları, genleri ve proteinleri yıllardır inceleniyor. Ancak beyin biyolojisinin temel bir parçası olan lipitlere (yağ molekülleri) çok daha az önem veriliyor. Bu yağ molekülleri nöronları saran zarların yapısına katılıyor, sinir liflerini örten mielin yalıtımını sağlıyor ve beyin hücreleri arasındaki iletişimde önemli roller oynuyor.

Beyin işlevi için temel öneme sahip olmalarına rağmen bilim insanları, farklı lipit türlerinin nerede bulunduğunu haritalandırmada zorlandı. Geleneksel görüntüleme teknikleri bireysel lipid moleküllerini kolayca ayırt edemediği için beyinin kimyasal örgütlenmesini anlama konusunda büyük bir boşluk oluştu.

“Bu nedenle bilim insanlarının, lipitlerin beynin farklı bölgelerinde nasıl değiştiğine dair bulanık bir resme sahipti,” diyor EPFL’de Kristian Gerhard Jebsen Vakfı Beslenme ve Metabolizma Kürsüsü profesörü Giovanni D’Angelo. “Bu boşluk önemli, çünkü beyin lipidlerindeki değişiklikler giderek daha fazla depresyondan Alzheimer hastalığına kadar çeşitli durumlarla ilişkilendiriliyor.”

Asaglik ScienceDaily sitesinde aktarılan bilgilere göre, EPFL araştırmacıları şimdi bu boşluğu doldurmaya yönelik önemli bir adım attı. D’Angelo, Luca Fusar Bassini ve Gioele La Manno’nun liderliğini yaptığı bir ekip, fare beyninin tamamında lipitlerin nasıl dağıldığını gösteren detaylı bir harita oluşturdu.

Lipid Brain Atlas’ın (Lipid Beyin Atlansı) ortaya çıkardığına göre bu moleküller son derece düzenli desenler halinde diziliyor. Bazıları tanıdık anatomik yapılarla örtüşürken, diğerleri önceki yaklaşımların gözden kaçırdığı kimyasal sınırları ortaya koyuyor. Desenler o kadar belirgin ki araştırmacılar bir beyin doku örneğinin nereden geldiğini yalnızca lipid içeriğine bakarak belirleyebiliyor.

Bulgular Nature’da yayımlandı.

539 Farklı Kimyasal Bölge Tespit Edildi

Atlansı oluşturmak için araştırmacılar, kütle spektrometrisi görüntülemesi adı verilen ve lipid moleküllerini beyin dokusunun ince dilimlerinde ayırt etmeyi sağlayan bir teknik kullandı. Bir lazer her dilimi tek tek konumlandırarak taramakta ve hangi lipitlerin nerede bulunduğuna dair detaylı bilgi üretmekte.

Ekip, 11 fareden toplanan 109 beyin diliminde 172 farklı lipid inceledi. Bu süreç yaklaşık 7 milyon ölçüm üretti; bilim insanları bu verileri projeye özel geliştirilen makine öğrenmesi araçlarıyla birleştirerek kapsamlı bir 3D yeniden yapılımlama oluşturdu.

Sonuç atlası, araştırmacıların “lipizone” adını verdiği 539 kimyasal açıdan bölünmiş bölge ortaya çıkardı. Her biri karakteristik lipid kombinasyonlarına sahip ve tanınabilir bir kimyasal imza yaratıyor.

Bölgelerin çoğu yerleşik beyin yapıları ve hücre tipleriyle örtüşüyor. Diğerleri ise sinir hücre gövdeleri gruplarıyla, lifleriyle birbirine bağlanan uzak bölgeler arasında beklenmedik ilişkiler ortaya koyuyor; bu tür bağlantılar genellikle gen aktivitesine dayalı haritalarla tespit edilmesi zor oluyor.

“Etkili olarak lipitler posta kodları gibi çalışıyor ve beyinin uzak ama ilgili kısımlarına aynı kimyasal adresi veriyor,” diyor D’Angelo.

Önceki Beyin Haritalarını Zorlayan Gizli Kimyasal Desenler

Yeni atlas, bilim insanlarının daha önce nispeten homojen saydığı bölgelere dair de sürpriz farklılıklar ortaya çıkardı.

Bunlardan biri, sinir liflerini içeren ve beyinin farklı bölgelerini birbirine bağlayan doku olan beyaz cisimdir. Büyük ölçüde tutarlı bir kimyasal içeriğe sahip olmak yerine beyaz cisim, sayısız ayrı lipid bölgesi içeriyor.

“Bu, mielin üreten hücrelerin kimyanın genlerinden yalnızca bakıldığından çok daha çeşitli olduğunu gösteriyor,” diyor Luca Fusar Bassini.

Araştırmacılar ayrıca beynin iç boşluklarını döşeyen dokular ile beyinsivi üretmekten sorumlu yapı olan koroid pleksüste daha önce tanınmayan kimyasal sınırlar tespit etti.

Bu bulgulardan ortaya çıkan, lipid haritalamasının anatomiden veya yalnızca genetik bilgilerden anlaşılması zor olan beyin örgütlenmesinin önemli özelliklerini ortaya çıkarabileceği.

Hamilelik Beyin Lipitlerinde Kapsamlı Değişiklik Tetikliyor

Beyinin kimyasal yapısının yanı sıra atlas, bu yapının hamilelik sırasında nasıl değiştiğine dair de yeni bir bakış açısı sundu.

Araştırmacılar hamile fareleri incelediklerinde, çok sayıda beyin bölgesinde lipid içeriğinde önemli kaymalar buldu. Genel olarak bu değişiklikler, dişi ve erkek farelerde gözlemlenen tipik lipid farklılıklarından daha belirgindi.

Beyinin dış katmanını oluşturan kortekste özellikle kapsamlı değişiklikler görüldü. Bu arada mielinin önemli bileşenlerinden biri olan galaktozilseramid düzeyleri, beynin beyaz cisminin büyük bir kısmında keskin biçimde arttı.

Bu bulgular, hamileliğin beyinin kimyasal yapısında önemli değişiklikler içerdiğini ve muhtemelen sinir bağlantılarının vücudun değişen ihtiyaçlarına uyum sağlamasına yardımcı olduğunu düşündürüyor.

“Bu kaymalar birleşerek beyinin kendi bağlama sistemini hamilelik ihtiyaçlarını karşılamak için yeniden ayarladığını gösteriyor,” diyor Gioele La Manno. “Atlans, beyinin vücudun değişen ihtiyaçlarını karşılamak için lipitlerini sürekli olarak ayarladığını ortaya koyuyor.”

Beyin Yaşlanması ve Hastalıklarını Anlama İçin Yeni Bir Araç

Lipid Brain Atlas’ın çevrimiçi olarak ücretsiz erişilebilir olması, dünya genelinde bilim insanlarının daha önce çalışması zor olan beyin biyolojisi yönünü araştırmalarına olanak tanıyor.

Atlas aynı zamanda sağlıklı fare beyin dokusu için detaylı bir referans oluşturuyor. Bilim insanları bunu kullanarak lipid dağılımındaki bozulmaların beyin gelişimine, yaşlanmaya ve Alzheimer hastalığı ile depresyona gibi rahatsızlıklara nasıl katkıda thểbileceğini araştırabilir.

Belirli fare beyni haritasının doğrudan insana uygulanamamasına rağmen, oluşturulmak için kullanılan yaklaşım, araştırmacıların insan beyninde karşılaştırılabilir desenleri ortaya çıkarmalarına yardımcı olabilir.

“İnsana aktarılan şey harita değil, yöntem; ve sağlıklı bir beynin başından beri oldukça düzenli bir lipid haritasına sahip olduğu artık bilinmesi,” diyor Luca Fusar Bassini.