Hücre Ölümü Yaşam İçin Neden Önemlidir? | Quanta Dergisi

Ölüm, saf bir kayıp gibi görünebilir, canlı bir şeyi gezegenimizdeki diğer her şeyden farklı kılan şeyin ortadan kaybolması. Ancak daha yakından, hücresel düzeye yaklaştığınızda farklı, daha nüanslı bir anlam kazanır. Tek bir hücreyi canlı veya ölü yapan şeyin ne olduğunu basitçe tanımlamakta zorluk vardır. Günümüzde bilim insanları, hücrelerin ortadan kaybolmasının çeşitli yollarını ve nedenlerini ve bu süreçlerin biyolojik sistemler için ne anlama geldiğini anlamak için çalışmaktadır. Bu bölümde, hücre biyoloğu Shai Shaham, Steven Strogatz ile farklı hücre ölümü biçimleri, evrim ve hastalıktaki rolleri ve doğru hücre ölümü türleri ve modellerinin gelişimimiz ve refahımız için neden önemli olduğu hakkında konuşuyor.

Dinle Apple Podcast'leri, Spotify,  TuneIn veya favori podcasting uygulamanız veya şuradan yayınla Kuantum.

Transkript

[Tema çalınıyor]

STEVE STROGATZ: Bu bölümü oynatmanız için gereken saniyede, vücudunuzdaki bir milyon hücre öldü. Bazıları apoptoz gibi doğal, düzenlenmiş süreçlerde ölmek üzere programlandı. Bazıları enfeksiyondan sonra viral istilacıların yayılmasını durdurmak için kendi yaşamlarına son verdi. Diğerleri fiziksel hasar gördü ve nekroz geçirdi, zarları çatladı ve içerikleri dışarı döküldü.

Hücrelerimizin ölmesinin neredeyse bir düzine farklı yolu olduğunu biliyoruz. Ve bu süreçleri nasıl kontrol edeceğimizi öğrenmek, hasta bir hasta için dünyadaki tüm farkı yaratabilir.

[Tema devam ediyor]

Ben Steve Strogatz ve bu da "The Joy of Why" adlı podcast'ten. Quanta DergisiSunucum Janna Levin ile birlikte mikrofonu devralarak günümüz matematik ve bilimindeki en büyük cevapsız sorulardan bazılarını araştırıyoruz.

Bu bölümde hücre biyoloğuna soruyoruz Şeyh Şaham, bir hücrenin ölümü etrafındaki diğer hücrelere nasıl yardımcı olabilir? Ve bu içgörüler yaşamın kendisini anlamamıza nasıl yardımcı olur? Shai, Rockefeller ÜniversitesiBurada hayvan gelişimi sırasında programlanmış hücre ölümünü ve glial hücrelerin sinir sisteminde oynadığı karmaşık rolü inceliyor.

[Tema biter]

Shai, “Nedenin Sevinci”ne hoş geldin.

ŞAİ ŞAHAM: Beni kabul ettiğin için teşekkür ederim Steve.

Ne oldu? Aramıza katıldığınız için teşekkür ederiz. Hücre ölümü hakkında daha fazla şey öğrenmek konusunda çok meraklıyım. Bu yüzden belki de hücrelerin yaşamları hakkında konuşarak başlayabiliriz diye düşündüm. Hücrelerin canlı olduklarını bize anlatan ne tür şeyler yapıyorlar?

ŞAHAM: Yani bu aslında oldukça karmaşık bir soru. Gerçekten hücrenin canlı olup olmadığını sormak için kullandığınız belirli teste bağlıdır. Örneğin, bir hücre bir yerden başka bir yere hareket ediyorsa, hücrenin canlı olduğunu söyleyebilirsiniz. Ancak hücre oturuyorsa ve hiçbir yere gitmiyorsa, canlı olmanın ne anlama geldiğini sormalısınız. Yiyecekleri metabolize ediyor mu? Diğer hücrelere sinyaller mi üretiyor?

Ancak diğerleri bu tür şeylerin sadece kimyasal olarak aktif olan ancak herhangi bir biyolojik işlev görmeyen hücrelerin ayırt edici özellikleri olabileceğini söyler. Hücre ölümü alanının tamamı ölü bir hücrenin ne olduğu sorusuyla boğuşuyor. Ve gerçekten de en azından benim en rahat ettiğim en iyi tanım, hücre tamamen yok olmuşsa, o zaman öldüğünü biliyorum. Aksi takdirde, bunu söylemek çok zor.

Ne oldu? Bunun bu kadar incelikli olması ilginç. Sanırım çoğumuz hücrelerin bölündüğünü düşünüyoruz. Ve merak ediyorum, bu canlı olmanın önemli bir yönü mü? Bir hücrenin canlı olarak kabul edilmesi için bölünmesi mi gerekiyor?

ŞAHAM: Kesinlikle bir hücre bölünüyorsa canlı olduğunu söylersiniz. Ancak soru şu ki, bölünmüyorsa canlı değil midir? Ve bence bunun cevabı gerçekten bağlama bağlıdır. Yani, örneğin, yıllarca bölünmeden hayatta kalabilen bakteri sporlarınız olabilir. Ve sonra doğru zaman geldiğinde, içinde bulundukları spor konfigürasyonundan çıkarlar ve bölünmeye ve kendilerini çoğaltmaya başlarlar. Ve böylece tüm bu zaman dilimi boyunca, ki bu on yıllar bile olabilir, hücre ölü müydü yoksa canlı mıydı?

Kalbime yakın bir örnek vardı, çünkü üzerinde çalışıyoruz C. elegans, bir nematod solucanıdır. Ve yakın zamanda Sibirya'daki permafrosttan çıkarılan ve yaklaşık 40,000 yıl önce donan ve laboratuvarda yeniden canlandırılan bir nematod hakkında bir açıklama yapıldı. Ve kendinize şu soruyu soruyorsunuz, bu organizmanın tamamı 40,000 yıl boyunca canlı mıydı yoksa ölü müydü?

Ne oldu? İnanılmaz. Bu çok ilginç. Yani, sıradan dilde askıya alınmış canlanma kavramına sahibiz. Bahsettiğiniz sporlar, hayata geri dönmeyi bekliyorlar, bunu söylemenin sağduyulu yolu bu olurdu. Peki askıya alınmış canlanmadayken ne oluyorlar? Bu da geri döndürülemezlik sorusunu gündeme getiriyor.

ŞAHAM: Evet, kesinlikle, yani, bence siz bizim sahada çok uğraştığımız bir şeyle uğraşıyorsunuz. Günün sonunda, her şey analize dayanıyor. Diyelim ki, bölünmeye başlamak için yüz yıl bekleyen bir sporunuz var. Sporu, diyelim ki, 30. yılda gözlemlediyseniz ve birkaç hafta ona bakmaya karar verdiyseniz, her bakımdan ölü gibi görünürdü. Ve ancak tam 100 yıl bekleyip sonra ortaya çıktığını gördüğünüzde, ah, aslında canlıydı derdiniz.

Ama metabolizmaya baktığımız başka bir testimiz varsa veya genomda mutasyon biriktirme yeteneğine veya diğer hücrelere sinyal gönderme yeteneğine bakıyorsak. Hücre, testiniz açısından bir şeyler yapıyorsa, o zaman onu canlı olarak kabul edersiniz. Ama bu çok işlevsel bir tanım. Burada mistik olanı dahil etmenin pek bir anlamı olduğunu düşünmüyorum.

Ne oldu? Temiz, değil mi, belirli analizlere göre işlevsel olarak canlı olduğunu söylemek. Bu oldukça net görünüyor. Metabolize ediyor mu, etmiyor mu? Bölünüyor mu, bölünmüyor mu? Yaşamı ve ölümü sınırlamaya çalışırken, düşünülmesi gereken birkaç başka kategoriyi de dahil edeyim, bir hücrenin parçaları gibi. Bir hücrenin parçaları ölebilir mi, yoksa tüm hücrenin ölmesi gerektiği ölüm doğası gereği mi olmalı?

ŞAHAM: Yani, kesinlikle hayır. Daha önce söylediklerimi hatırlarsanız, ölü bir hücreyi hiç var olmayan bir hücre olarak tanımlamaktan daha rahatım. Ve kesinlikle, bir hücrenin parçalarının kaybolduğu durumlar da vardır. Ve bu, olması gereken programlanmış olaylar olabilir veya yaralanma veya bir aksilik nedeniyle olabilir.

Gelişimde aksonların nöronlardan çıktığı durumlar vardır. Yani bir akson, temelde beynimizin çalışmasını sağlamak için diğer nöronlara bağlanmak olan bir nörondan çıkan uzun ve ince bir süreçtir. Bu aksonlar, gelişimin normal bir bölümünde geri çekilmeye karar verebilir. Ve bu geri çekilmeye aslında "geri ölme" adı verilir. Yani burada operasyonel olarak aksonun hiçbir işlevi yoktur ve fiziksel olarak aslında kaybolmaktadır. Ve böylece hücrenin bir kısmının aslında öldüğünü iddia edersiniz.

Ne oldu? Yani, programlanmış hücre ölümü hakkında bir şeyden bahsettiniz, ki bu sizinle birlikte başlamak istediğim alan. Örneğin, nekroz denen bir şey okudum. Bir hücre nekrotik hale gelirse ne olur veya bu tür bir ölüm nedir?

ŞAHAM: O halde iki tür hücre ölümü arasında ayrım yapayım. Bir hücre ölümü var, bu bir genetik programın sonucu, bir hücrenin DNA'sında, genlerinde mevcut, hücrenin ölümünü gerçekleştirmeye adanmış. Yani bu evrimsel olarak seçilmiş ve bir hücre neslinden bir sonraki nesle aktarılmış bir süreç. Ve bu yolun görevi özellikle bir hücrenin intihar etmesine izin vermek.

Sonra hücre ölümünün başka bir kategorisi daha var, bunu bir hücreye bastığınızda olanlara göre kategoriye koyardım. Ve tahmin edebileceğiniz gibi, bir hücreye doğal olmayan bir şekilde zarar vermenin sayısız yolu vardır. Nekroz bu yollardan biridir. Çok iyi tanımlanmamış bir terimdir, ancak insanlar genellikle bundan bahsettiğinde, genlerimizde kodlanmamış ve hücrenin şişmesini, genellikle hücre içinde anormal olan zar halkaları veya alt yapıların oluşumunu ve sonunda hücrenin içeriğinin çevreye sızmasını içeren düzensiz bir hücre ölümü türünden bahsederler.

Ne oldu? Ve sanırım bu da bağışıklık sisteminde bir reaksiyona neden oluyor?

ŞAHAM: Evet, genetik olarak programlanmış ölüm olayları ile hücreye ayak basma türü olaylar arasındaki genel fark, ilkinin çevredeki ortamı rahatsız etmeyecek şekilde çok temiz bir şekilde tasarlanmış olmasıdır. Aslında, öldüklerinde çevredeki hücrelere gelebilecek zararı en aza indirmek için ellerinden gelen her şeyi yaparlar.

Diğer ölüm türü ise genellikle komşu hücrelerden sert tepkilere yol açar veya hayvanın bağışıklık sistemi varsa patlayan hücrenin çevresine verdiği hasarla başa çıkmaya çalışan bağışıklık hücrelerinden sert tepkiler alır.

Ne oldu? Daha önce "apoptosis" teriminden bahsetmiştim, bu nispeten temiz olan genetik olarak programlanmış ölüm tarzı. Doğru mu anlıyorum? Şu anda bundan mı bahsediyoruz?

ŞAHAM: Sahadaki insanların programlanmış hücre ölümünü genellikle apoptozisle eş tuttuğunu söyleyebilirim, ancak aslında bu tamamen doğru değil. Apoptozis, programlanmış hücre ölümünün bir biçimidir. Kendi laboratuvarımızda bir tane keşfettik, "bağlayıcı hücre tipi ölüm" veya LCD adı verilen farklı bir tane. Ve bildiğim en azından bir tane daha hücre ölümü türü var, bu da bir meslektaşım tarafından incelendi Drosophila melanogaster, meyve sineği. Yani genetik olarak programlanmış hücre ölüm yollarının temelde üç iyi örneğini biliyoruz.

Ne oldu? Bize bunların bir resmini vermek ister misiniz? Bir hücre bu üçünden herhangi birini geçiriyorsa neyi görselleştirmeliyiz?

ŞAHAM: Yani "apoptosis" terimi aslında ilk olarak [John FR] Kerr ve [Andrew] Wyllie tarafından ortaya atıldı 1970'lerin başında bir makale. Ağaçtan yaprakların düşmesiyle ilgili olan ve bir tür ölüm süreciyle bağlantı kuran bir Yunanca kelimeyle ilişkilidir. Ve bu nedenle çekirdeğin içindeki kromatinin veya DNA'nın yoğunlaşmasıyla karakterize edilir. Çok kompakt hale gelir ve çok kompakt olduğu için işlevlerini yerine getiremez.

Ek olarak, hücre sitoplazması, yani hücrenin büyük kısmı küçülüyor gibi görünüyor. Ve genellikle sitoplazmada bulunan mitokondri gibi organeller yırtılır. Ancak bu genellikle sürecin oldukça geç bir aşamasında gerçekleşir. Genel olarak her şey çok hızlı gerçekleşir. Ancak orada oturup bu süreçten geçen hücre sayısını zaman içinde sayarsanız bunun ne kadar yaygın olduğunu fark edersiniz.

Yani genel olarak hücreden kurtulan çok kompakt bir yıkım süreciniz var ve daha sonra yüzeylerinde ölen bu hücreler, sahada "beni ye" sinyalleri olarak bilinen özel sinyallere sahip oluyor ve komşu hücrelere veya uzmanlaşmış fagositik hücrelere gelip onları kelimenin tam anlamıyla yemeleri ve parçalamaları için sinyal gönderiyorlar. Ve bu yüzden programlanmış hücre ölümlerinin çoğu bu yolu izliyor. Ve özellikle apoptozis, bahsettiğim özelliklere sahip.

Bağlayıcı hücre tipi ölüm, bir bakıma apoptozun ayna görüntüsü gibidir. Çok az kromatin yoğunlaşması vardır. Aslında, bu hücre ölümünün ayırt edici özelliği, çok açık kromatin olması ve ardından organellerin, kusurları göstermek için ölüm sürecinin sonuna kadar beklemek yerine, en başından itibaren şişme eğiliminde olmasıdır. Ancak, önemli olan, bu hücre ölümü tipinin yüzeyinde hala "beni ye" sinyalleri sunmasıdır ve bu hücreler hala komşu hücreler veya onu parçalayan özel fagositler tarafından temizlenir.

Ne oldu? İkincisi hakkında biraz daha fazla şey duymak istiyorum. Çünkü bir numara, daha önce hiç duymamıştım. Ve iki numara, kendi kariyerimdeki ilk bilimsel makalem, matematiği kromatin lifinin yapısına uygulamakla ilgiliydi. Yani bağlayıcıdan bahsettiğinizde, nükleozomlar arasındaki bağlayıcı DNA'dan mı bahsediyorsunuz?

ŞAHAM: Aslında değilim. Bu hücre ölümünü aslında nematodda keşfettik C. elegans. Ve bu, hayvanın erkeğindeki "bağlayıcı hücre" adı verilen tek bir hücrenin ölümüdür. Ve buna bağlayıcı hücre denmesinin nedeni, gelişen erkek gonadını çıkış kanalına bağlamasıdır, bu da çiftleşme sırasında spermin erkekten salınmasını sağlar. Ve bu hücre temelde gonadal tüp ile çıkış kanalı arasında bir tıkaç görevi görür. Ve böylece hayvan bu yeni bağlayıcı hücre-ölüm programını kullanarak onu ortadan kaldırır ve bu, bu iki tüpün birleşerek spermin çıkmasını sağlar.

Ve keşfettiğimiz şey, hücreleri çok yüksek büyütmede ve belirli kontrast türleriyle görüntülemenizi sağlayan elektron mikroskobuyla görebileceğiniz şey, bu tür hücre ölümünün aslında sadece nematodlardaki bu tek hücreye özgü olmadığı, aynı zamanda gelişmekte olan memelilerde ve insanlarda da son derece yaygın olduğudur. Aslında, sinir sistemimizde gerçekleşen hücre ölümlerinin çoğu bu şekle sahiptir.

Ve bahsettiğim özelliklere ek olarak, bu hücre ölümünün sahip olduğu bir diğer belirgin özellik, nükleer zarfın bu girintileri veya bizim dediğimiz gibi "zirveleri" edinmesidir, burada sadece çok dalgalı görünür. Ve bu gerçekten de insan hastalıklarında da meydana gelen birçok hücre ölümünün ayırt edici özelliğidir. Ve bu nedenle, bağlayıcı hücre ölümünün insan hastalıklarında bir rol oynayabileceği olasılığını çok merak ediyoruz, hastalıklı durumda, yapmamanız gereken bir zamanda bu tür hücre ölümünü uygunsuz bir şekilde etkinleştiriyorsunuz.

Ne oldu? Hücre ölümü ve insan hastalıkları üzerindeki etkileri hakkındaki bu soruya geri dönmek istiyorum. Ancak eğer uygunsa, savunma işlevleriyle ilgili birkaç tanesi olduğu için hücre ölümünün çeşitli yollarını saymaya devam etmek istiyorum. Virüslerin veya diğer patojenlerin enfeksiyonlara veya diğer türden sorunlara neden olduğu ve hücre ölümünün saldırıya yanıt olarak gerçekleştiği durumları düşünüyorum.

ŞAHAM: Bunların birçoğunun aslında apoptozisle çok ortak noktası var ve isim sadece bağlamı ifade ediyor. Örneğin, "piroptozis", inflamatuar bir yanıt sırasında meydana gelen bir tür apoptotik hücre ölümüdür. Ve bu nedenle "piro"nun inflamatuara veya bu ateşli duruma atıfta bulunması gerekiyor. Ve buradaki fikir, temel olarak, bir hücrenin bir virüs veya bakteri ile enfekte olduğu bir durum olabilir ve hücrenin kendini öldürmesi konak organizmanın yararınadır, böylece organizmanın geri kalanı bakteriye veya virüse maruz kalmaz.

Apoptotik tip hücre ölümü olarak düşünebileceğinizin yanı sıra, enfekte olmuş hücreleri ortadan kaldırmaya yönelik birçok yol vardır. Örneğin, sitotoksik T hücresi adı verilen belirli bir T hücresi türü, virüsle enfekte olmuş bir hücreyi tanıdığında, tam olarak kulağa geldiği gibi perforin adı verilen proteinleri serbest bırakır, temelde gözenekler oluştururlar. Ve böylece hedef hücrenin zarlarında delikler oluşturan bu perforin proteinlerini serbest bırakırlar. Ve bu, ya apoptotik bir tepkiyi ya da genel olarak hücreden dışarı sızmayı tetikler. Ve sonunda hücre parçalanır ve dolaşan fagositler tarafından yenir.

Yani bu tür bir yanıt, tamamlayıcı aracılı hücre ölümünde meydana gelen şeye benzer, vücudumuzun yabancı bir organizma tarafından istila edilen bir hücreye yanıt olarak verdiği başka bir tepki türüdür. Ve genellikle kanda dolaşan ve sonunda enfekte olmuş bir hücrenin belirli bir protein türüyle kaplanmasına yol açacak olan çok karmaşık bir protein dizisidir, bu da fagositler için bir "beni ye" sinyalidir. Yani hücrenin kendisi içeriden yok edilmez, bahsettiğimiz diğer bazı örneklerde olduğu gibi, sadece kötü bir tohum olarak işaretlenir, böylece fagositler gelip onunla ilgilenebilir.

Ne oldu? Dolayısıyla tüm bu tartışmalardan edindiğim izlenim, hücrelerin bu programları yürütmesi veya kendilerinin "beni ye" hücreleri olarak işaretlenmesine izin vermesinin daha büyük iyilik için olduğudur. Bunun etraflarındaki diğer hücrelere veya diğer dokulara yardım etmek için olduğudur. Bunun çok hücreli bir şey olduğu hissi uyandırıyor. Tek bir hücre olsaydınız, bu tür şeyleri yapmak için aynı teşvike sahip olmazdınız. Bu süreçlerin gerçekleştiği yer çok hücreli bir organizmanın içinde olmaktır. Bu yanlış mı?

ŞAHAM: Doğru yoldasınız. Bunu ille de çok hücreli bir organizmayla sınırlamazdım. Sadece hayatta kalmak için birbirlerine ihtiyaç duyan bir hücre topluluğunun olduğu bir durumda olmanız gerekir. Yani çok hücreli bir organizmada "daha büyük iyilik için ölmem gerekebilir" ilkesini uygulamanız gerektiği doğru, ancak bu aynı zamanda bakterilerde de geçerlidir.

Örneğin, bakteriler biyofilm olarak bilinen, temelde yan yana dizilmiş birçok bakteri tabakası oluşturma eğilimindedir. Açlık koşulları altında, biyofilm herkesi besleyecek kadar yiyeceğe sahip olmadığında, oradaki bakterilerin bir alt kümesi kendilerini yok etmeye ve hayatta kalan diğer bakteriler için besin görevi görmeye karar verir. Genellikle bakteriler arasında savaşlar olur ve bağırsaklarınızdaki öldürme mekanizmalarını harekete geçirirler. Bu yüzden çok hücreli bir ortamda olmanız gerektiği ilkesinin önemli olduğunu düşünüyorum, ancak bunun tek bir organizma içinde olması gerekmez.

Ne oldu? Tamam. Dolayısıyla çok hücrelilik geniş anlamda yorumlandığında, mutlaka çok hücreli bir organizmada değil, ama çok hücreli yaşamın çeşitli biçimlerinde, bu sorunlar ortaya çıkıyor.

ŞAHAM: Hayvanlar bağlamında, bulduğumuz genel prensiplerin çok anlamlı olabileceği örnekler var. Örneğin bakılacak bir yer karıncalardır. Yani bir karınca kolonisinde, esasen her karıncanın koloni içinde önemli bir rol oynadığı bir "süperorganizma" olarak adlandırılan bir şeydir. Ve sıklıkla, karıncaların koloninin hayatta kalması veya sadece besin sağlamak için önemli olan ilginç bir yapı oluşturmak için ölmeleri gerektiği doğrudur. Bu yüzden YouTube'da ve National Geographic karıncaların diğer karıncaların bu köprüden geçebilmesi için bir köprü oluşturduğunu görebilirsiniz. Ve genellikle köprüde bulunan karıncalar ölür. Ve dış iskeletleri diğer karıncaların üzerinde yürüdüğü köprünün bir parçası olarak hizmet eder. Yani, tüm kolektifi iyileştirmenin bir yolu olarak bireysel hayvanların öldüğü örnekler vardır.

Ne oldu? İlginç. Merak ettiğim bir şey daha var, çünkü bahsettiniz C. elegans, sadece bir milimetre uzunluğunda, bize biyoloji, gelişim, genetik, davranış, nörobiyoloji ve yaşlanma hakkında çok şey öğreten harika küçük solucan. Bu küçük yaratıktan öğrendiklerimiz inanılmaz. Ve dinleyicilerimizin bazıları bu yaratığı tanımıyor olabilir. Bize biraz anlatabilir misiniz? C. elegans ve ayrıca hücre ölümünde yer alan süreçleri ve bunların önemini öğrenmemize nasıl yardımcı oldu?

ŞAHAM: Elbette. Hücre ölümünü incelemek istiyorsanız, belirli bir zamanda, hayvanın belirli bir yerinde bir hücrenin öleceğini bilmek gerçekten faydalı olacaktır. Çünkü bu öngörülebilirliğe sahipseniz, sistemi her türlü soruyu sormak için önceden manipüle edebilirsiniz. Bu öngörülebilirlik çoğu model sisteminde yoktur.

Ancak nematodlarda ve özellikle nematodlarda C. elegans, tam olarak yapabileceğimiz şey bu. Yani C. elegans Döllenmiş yumurtadan yetişkine kadar hücre bölünmelerinin örüntüsünün, türün bireyleri arasında çok az sayıda istisna dışında, tamamen aynı olması gibi dikkat çekici bir özelliği vardır. Ve bu hücre bölünme örüntüsünün üzerine, aynı olan bir hücre ölümü örüntüsü de eklenmiştir. Örneğin aynı olduğunu gösterebileceğimiz yol, hücrelere isimler verebilmemizdir. C. elegans. Yani bu hücreye Moe, buna Curly adını verebiliriz — ama aslında onlara çok daha sıkıcı isimler veririz, ASE veya NSM veya CEP kılıfı gibi. Oysa bizde veya diğer omurgalılarda, hücrelere isim verip her hayvanda aynı hücre olmalarını sağlayamazsınız. Curly adlı hücrenin döllenmiş yumurta bölünmeye başladıktan dört saat 20 dakika sonra öleceğini kesin olarak söyleyebiliriz. Ve bu ölüm sürecinin gerçekleşmesinin 25 dakika süreceğini kesin olarak söyleyebiliriz.

Bu ayrıntı 1970'lerin sonu ve 1980'lerin başında iki olağanüstü bilim insanı, Bob Horvitz ve John Sulston tarafından çalışıldı. Ve döllenmiş oositten yetişkinliğe kadar hücre bölünmelerinin tüm örüntüsünü belirlediler. Ve bu hücre bölünmelerinin ortaya çıkışını izlerken, sonunda kaybolacak hücreler olduğunu fark ettiler. Ve bunlar ölen hücrelerdi. Ve böylece biliyoruz ki, örneğin, gelişmekte olan bir C. elegans hermafrodit solucanı, tam olarak 1,090 somatik hücre üretilir. Ve bu hücrelerden tam olarak 131 tanesi ölür ve hayvana 959 somatik hücre kalır. Ve bu kesinliğe dayanarak, artık her türlü genetik çalışmayı ve hücre biyolojisi çalışmasını yapabiliriz, hücre ölüm sürecini neyin yönlendirdiğini anlamaya çalışmak için aynı hücreye tekrar tekrar bakabiliriz. Ve gerçekten, bence bu, kullanmanın en büyük avantajıdır C. elegans hücre ölümünü incelemek.

Ne oldu? Yani eğer merak eden varsa, bunları yakalamak zor değil, değil mi? Tıpkı bir avuç toprak alırsanız, bunlardan çok sayıda olduğunu gördüğünüz gibi. C. elegans orada mı?

ŞAHAM: Yani nematodlar ve C. elegans özellikle tüm dünyada bulunur. Ve aslında, Rockefeller'daki laboratuvarımı kurduğumda, gidip yapmaya karar verdiğim ilk şey, Rockefeller versiyonunu izole edip edemeyeceğimi görmekti C. elegans. Bu yüzden dışarı çıktım ve bir miktar toprak aldım ve bunları agar içeren petri kaplarına koydum, solucanları bu şekilde yetiştiriyoruz ve sadece ortaya çıkmalarını bekledim. Ve gerçekten de onları bulduk. Ve Rockefeller izolatını bulduğum için çok heyecanlıydım, ancak daha sonra Rockefeller'ın toprağını aslında New York'un kuzeyinden ithal ettiğini öğrendim. Yani aslında yerel değillerdi C. elegans. Onlar New York'un kuzeyindeydiler C. elegans.

Ne oldu? Şehire inen kır solucanları. Az önce anlattığınız hikaye çok dikkat çekici ve şaşırtıcı. Bu yaratığın döllenmiş yumurtadan yetişkin bir canlıya dönüşme sürecindeki makine benzeri gelişimi. Ve sonra bir fare veya bizim için bunun o kadar da tahmin edilebilir olmadığını söylediniz. Eminim bazı insanlar, hayatın tüm hayvanat bahçesinde çok özel değiller mi diye merak ediyordur. Bu garip solucanı incelemenin bizim için gerçekten önemli olduğuna bizi ikna edin.

ŞAHAM: Öncelikle, çok özel olduklarını söyleyerek başlamalıyım. Yani diğer organizmaların yapmadığı bir şeyi yapıyorlar. Ve bence bunu göz ardı etmemek önemli. Ancak diğer hayvanlarla akrabalık açısından, hayvanın DNA'sından ve genomundan daha uzağa bakmanıza gerek yok. Yani genomumuzdaki genleri kodlayan DNA nükleotidlerinin dizisi esasen aynıdır C. elegans Onlar içimizde olduğu gibi.

Örneğin, apoptoz süreci kaspaz adı verilen bir protein tarafından yürütülür. Bu, diğer proteinleri parçalamakla görevli bir proteindir ve protein bir gen tarafından kodlanır ve bu gen, solucanlardaki genle insanlardaki genin hemen hemen aynıdır. Nietzsche'nin düşünce çizgisini takip etmek istiyorsanız, "İnsan solucandır."

Ne oldu? Bu alıntıya aşina değilim. Bu gerçek alıntı mı?

ŞAHAM: Evet. Almanca ama çevirisi bu.

Ne oldu? Tamam. Onu hiç hücre biyoloğu olarak düşünmemiştim ama belki de bir şeyler keşfetmişti. Bu mesajdan hemen sonra geri döneceğiz.

[kırmak]

STROGATZ: "Neden'in Sevinci"ne hoş geldiniz.

Bu nedenle, örneğin bir tabaktaki bakterilerden hücre ölümünü incelemek için çeşitli laboratuvar sistemlerini keşfetmek istedim. C. elegans, daha karmaşık organizmalara kadar. Peki, hücre ölümüyle ilgili bu soruları incelemek için doğru ölçek nedir?

ŞAHAM: Bence tüm farklı ölçeklere bakmak önemli. Sanırım en küçük ölçek hücrenin kendisi ve kesinlikle hücrelerin öldüğü bakteri örnekleri var ve bunlar sağlık nedenleriyle anlaşılması çok önemli, ancak aynı zamanda temel merak soruları olarak da önemli. Bir bakteri ölmesi gerektiğine nasıl karar verir? Bakterilerde çalışmak harika bir sistemdir.

Hücre kültüründe çalışmak da bize çok şey anlatabilir. Yani diyelim ki bir insandan veya bir fareden hücreler alırsak ve onları kültüre koyarsak ve bölünmelerine ve kültür içinde ölmelerine izin verirsek, hücre ölümünü gerçekleştirdikleri bağlam hakkında bir şey öğrenemeyebiliriz, ancak moleküller ve hücrelere ölmeleri veya ölmemeleri gerektiğini söyleyen sinyaller hakkında çok şey öğrenebiliriz. Ve bu basitleştirilmiş hücre kültüründe bir ilkeyi bir kez oluşturduğumuzda, anlayışımızı örneğin hücre kültüründe keşfettiğimiz bir genin rolünü araştırabileceğimiz ve organizma üzerinde ne gibi etkileri olabileceğini görebileceğimiz bir organizmaya taşımayı deneyebiliriz.

Organizma düzeyinde, hücre ölümünün kolektif hücre ölümü fenomenleriyle ilgili olan, diğer ortamlarda gerçekten keşfedemeyeceğiniz yönleri vardır. Yani sadece tek bir hücrenin ölmesi değil, hücre topluluklarının ölmesi. Ve bu muhtemelen en güzel şekilde gelişim biyolojisi alanında ve özellikle morfogenez sürecinde gösterilmiştir. Yani bu, hayvanların veya çok hücreli herhangi bir canlı organizmanın formlarını, şekillerini aldığı süreçtir. Rodin, oyduğu taş levhanın içindeki heykeli ortaya çıkarmaya çalıştığını söylemesiyle ünlüdür. [Editörün notu: Bu olabilir Michelangelo.] Ve hücre ölümü açısından da aynı prensip geçerlidir. Bu hücre kitlesine sahibiz ve birçok durumda, bazıları belirli bir şekil oluşturabilmek için ölür. Ve belki de en ünlü örnek omurgalılardaki parmakların gelişimidir. Yani, embriyogenezde, tüm omurgalıların parmakları birbirine bağlayan çok belirgin bir hücresel ağı vardır. Ve örneğin bizim gibi omurgalılarda, bu hücreleri ortadan kaldıran o interdigital ağda gerçekleşen büyük bir hücre ölümü vardır. Ve bu yüzden iyi ayrılmış parmaklarımız vardır.

Ne oldu? Yani burada parmakların veya ayak parmaklarının oluşumundan bahsediyorsunuz.

ŞAHAM: Evet, tam olarak öyle. Ama örneğin ördekte, bu hücre ölümünün çoğu gerçekleşmez ve bu yüzden perdeli ayakları vardır.

Ne oldu? Bu inanılmaz. Ağları onlar büyütmüyor, diğer yaratıklar ağlarını yontuyor. Genetik varyasyonlar yok mu? Ya da sanırım akrabalarımdan bazıları, ayak parmaklarıma bak, bu ayak parmaklarımın arasında ağlar var demiştir.

ŞAHAM: Yani bunlar muhtemelen embriyogenez sırasında tamamen ortadan kalkmamış, kalıntı yapılardır.

Ne oldu? Hücre ölümü hakkında daha insan merkezli bir bakış açısına geçelim. Belki sağlık sorunlarıyla, tıbbi bakımla ilgili olabilir. Örneğin, hücre ölümü hakkında daha fazla bilgi edinmek, organ yetmezliğini veya bir dokudaki çok sayıda hücrenin ölmesi durumunda başka bir şeyi tersine çevirmemize yardımcı olur mu?

ŞAHAM: Yani hücre ölümü insanlarda hemen hemen her hastalık durumuyla ilişkilidir. Ve genel olarak, bunları iki tür soruna ayırabilirsiniz. Bir grup, çok fazla hücre ölümü olan hastalıklardır, organ enfarktüsü gibi hastalıklar. Örneğin, kalp krizi geçirdiğinizde, kalbinizdeki hücreler ölecektir veya nörodejeneratif koşullarda beyindeki hücreler ölecektir ve daha sonra Alzheimer veya Parkinson hastalığı geliştireceksiniz. Ve sonra spektrumun diğer tarafında, ölmesi gereken hücrelerin ölmediği hastalıklar vardır. Ve esasen tüm kanserler budur. Yani kanserler, vücudun bu zararlı hücreleri ortadan kaldırmasını sağlayan programların bir şekilde bunu yapmayı bıraktığı ve hücrelerin uygunsuz bir şekilde hayatta kaldığı hücrelerdir.

Ve bu gerçekten prensipte her büyük hastalığa dokunabilir. Şimdi, bu hücre ölümünün her hastalığın temel nedeni olduğu anlamına gelmez. Ancak kesinlikle hücre ölümünün gerçekleşmesini engelleyebilseydik, en azından aksi takdirde tamamen yok olacak hücreleri tedavi etmek için bize bir mücadele şansı verebilirdi. Fayda açısından, çeşitli hastalık bağlamlarında hücre ölümünü engelleyebilen veya destekleyebilen bileşikleri inceleyen bir dizi ilaç çalışması olmuştur. Örneğin, şu anda klinikte, belirli tümör ortamlarında hücre ölümünü tetikleme görevi olan ilaçlar var. Ve bu ilaçlar, hücre ölümünün nasıl gerçekleştiğine ve ilgili belirli moleküllere dair anlayışımızdan ortaya çıktı.

Ne oldu? Hücre yüzeylerindeki "beni ye" ifadesini belirten işaretleyicilerden daha önce bahsetmeniz, bunun kanser hücrelerinde, belki bir tür kanser immünoterapisi veya buna benzer bir şeyde kullanılıp kullanılamayacağını merak etmemi sağladı.

ŞAHAM: Şu anda, bu "beni ye" sinyallerine bakmak için özel olarak denemelerde olan bir şey yok. Ancak yapabileceğiniz şey, kendi "beni ye" sinyallerinizi yaratabilirsiniz. Yani bir kanser hücresinin yüzeyinde onu diğer tüm hücrelerden benzersiz bir şekilde işaretleyen bir şey keşfedebilirseniz, çünkü sadece kanser hücresini ortadan kaldırmak istiyorsunuz, vücudunuzdaki diğer tüm hücrelerden kurtulmak istemezsiniz. Yani bunu tanımlayabilirseniz, örneğin bağlandığı hücrede apoptotik bir yanıtı tetikleyecek belirli bir antikor üretebilirsiniz.

Ve aslında kanser tedavisinde immünoterapi olarak bilinen şey kullanılarak inanılmaz bir devrim yaşanıyor. Ve bu tam olarak buna dayanıyor. Buradaki fikir, vücudun tümör hücreleri için belirli benzersiz belirteçleri tanımlamasına, bunlara karşı bir bağışıklık tepkisi oluşturmasına ve ardından bağışıklık hücrelerinin bu hücrelere gidip konuşmamızda daha önce bahsettiğimiz çeşitli farklı yolları kullanarak onları yok etmesine olanak sağlamaktır.

Ne oldu? Son birkaç on yılda hücre ölümü hakkında bilinenlere veya keşfettiğimiz şeylere çok fazla odaklandık. Yaşamınız boyunca yanıtlanmasını istediğiniz birkaç sorunuz olup olmadığını veya bu alanda hala büyük, heyecan verici açık alanların nerede olabileceğini düşündüğünüzü merak ediyorum?

ŞAHAM: Evet, öğreneceğimiz çok şey olduğunu düşünüyorum. Konuşmamızın başında değindiğiniz gibi, çok yaygın olarak incelenen bir hücre ölümü süreci apoptozis olarak adlandırılır. Ve biz yıllarca bu sürecin hayvanların gelişimi sırasında gerçekleşen hücre ölümüyle ilgili olayların çoğunu açıklamak için yeterli olduğunu düşündük.

Ancak son birkaç on yıldır yapılan çalışmalar, bu hücre ölüm programını bir hayvanın genomundan tamamen ortadan kaldırabileceğinizi göstermiştir. Ve yine de, hayvan yine de gayet iyi bir şekilde hayatta kalabilir. Bu da, hücreleri öldürmenin başka yolları olması gerektiği anlamına gelir. Şimdi, bir yol, bahsettiğim bu bağlayıcı hücre tipi ölüm olabilir, ancak tek yol bu olmayabilir. Başka yollar da olabilir. Ve böylece, oradaki diğer programların tüm bu kara kutusu, özellikle hücre ölümünü hastalıkta önemli bir saldırı açısı haline getirmek istiyorsak, kesinlikle dikkatimizi hak edecek inanılmaz derecede büyüleyici bir yöndür.

Anlamak istediğimiz başka bir büyük soru daha var. Bu yüzden size söyledim C. elegans, hangi hücrelerin belirli bir anda öleceğini tam olarak biliyoruz. Bunu omurgalılarda bilmiyoruz. Ancak, bir insanda iki komşu hücre varsa, neden birinin hücre ölümüne uğrayıp diğerinin uğramayacağını anlayabilmemiz çok güzel olurdu. Ve bunu hiç anlamıyoruz. Bu yüzden bunun çok daha büyük bir soru haline geldiğini düşünüyorum. Bu, hücrelerin çevrelerine nasıl tepki verdiğiyle ilgili bir soru. Ve bu durumda hücre ölümü sadece bir çıktı olurdu. Ancak kesinlikle hala inanılmaz derecede büyüleyici bir soru ve tamamen cevapsız.

Ne oldu? Harika. Bunlar harika yönlendirmeler. Son olarak, bu büyük girişimde bireysel bir bilim insanı olarak, kendi araştırmanızda size özellikle keyif veren bir şey var mı?

ŞAHAM: Keşfetmeyi severim. Daha önce hiç kimsenin keşfetmediği yeni şeyler bulmakla her zaman ilgilenmişimdir. Ve bir bakıma, bulduğum şeyin belirli ayrıntıları o kadar da önemli değil. Çünkü bence ayrıntılara girdiğinizde her şey ilginç ve heyecan verici görünüyor. Sorulacak bir soru ve onu çözmeyi hayal edebileceğim bir yol olduğu sürece, bu beni her gün işe getirir. Ve hala getiriyor.

Ne oldu? Bu hissi biliyorum ve bazen kendi lisansüstü öğrencilerime de bunu söylüyorum; sorunun ne olduğu neredeyse hiç önemli değil, keşif süreci çok tatmin edici ve yeterince derinlemesine bakmaya başladığınızda her şey ilginç hale geliyor.

ŞAHAM: Kesinlikle. Nadir, ama tatmin edici.

Ne oldu? Peki ya Francis Crick'in bir zamanlar söylediği bir şey, önemli bir problem üzerinde çalışmanın önemsiz veya ilgi çekici olmayan veya önemsiz bir problem üzerinde çalışmak kadar kolay olduğu. Hiç bu yönü, yani dışsal anlamda önemli olan şeyler üzerinde çalışmak istediğinizi düşündünüz mü?

ŞAHAM: Bir sonraki hedefimin ne olması gerektiğine karar vermeye çalışırken bu alıntıyı sık sık düşündüm. Ama size şunu söyleyeceğim ki, bence, neyin önemli neyin önemsiz olduğuna karar verecek kadar kibirli değilim. Ve bence bilim, önemsiz ve önemsiz görünen keşiflerin, sadece birkaç on yıl sonra nasıl çok popüler hale geldiğini defalarca kanıtladı. Ve bu biyolojide doğru olabilir. Bu fizikte doğru olabilir. Bu matematikte doğru olabilir. Ve bu yüzden kendimi Crick'in önerdiği bu belirli şemaya daraltarak, hayal edebileceğimden daha heyecan verici olabilecek keşif alanlarını dışlıyor olabilirim. Ve sadece hayal gücümün, ne kadar iyi olursa olsun, geleceği böyle tahmin edebilecek kadar iyi olmadığını düşünüyorum.

[Tema çalınıyor]

Ne oldu? Ben şahsen bu cevaptan büyük bir keyif alıyorum. Alçakgönüllülük erdemi, tam olarak sizin tarif ettiğiniz sebepten dolayı, ki biz bunu gerçekten bilmiyoruz, aslında çok pratik bir şey olabilir. Seninle bütün gün konuşabilirim, Shai. Bu harika oldu.

ŞAHAM: Tamam, Steve. Gerçekten keyif aldım.

Ne oldu? Hücre biyoloğu ve sinir bilimci Shai Shaham ile konuştuk. "Nedenin Sevinci"nde bize katıldığınız için çok teşekkür ederiz.

ŞAYHAM: Teşekkür ederim Steve.

[Tema devam ediyor]

Ne oldu? Dinlediğin için teşekkürler. “The Joy of Why”ı beğeniyorsanız ve henüz abone değilseniz, dinlediğiniz yerde abone olun veya takip edin düğmesine basın. Ayrıca program için bir inceleme de bırakabilirsiniz; bu, insanların bu podcast'i bulmasına yardımcı olur.

“Neden Sevinci” bir podcast'tir Quanta Dergisi, Simons Foundation tarafından desteklenen editoryal olarak bağımsız bir yayın. Simons Vakfı'nın finansman kararlarının, bu podcast'teki veya diğer yayınlardaki konuların, konukların veya diğer editoryal kararların seçimi üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Quanta Dergisi.

“The Joy of Why” PRX Productions tarafından üretildi; yapım ekibi Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler ve Merritt Jacob'dan oluşuyor. PRX Productions'ın yönetici yapımcısı Jocelyn Gonzales. Morgan Church ve Edwin Ochoa ek yardım sağladı.

Konum Quanta Dergisi, John Rennie ve Thomas Lin, Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Arleen Santana ve Meghan Willcoxon'un desteğiyle editoryal rehberlik sağladı. Samir Patel Kuantum'in baş editörü.

Tema müziğimiz APM Music'ten. Julian Lin podcast adını buldu. Bölümün çizimi Peter Greenwood'a, logomuz ise Jaki King ve Kristina Armitage'a aittir. Columbia Gazetecilik Okulu'na ve Cornell Yayın Stüdyolarından Bert Odom-Reed'e özel teşekkürler.

Ben ev sahibiniz Steve Strogatz'ım. Bizim için herhangi bir sorunuz veya yorumunuz varsa, lütfen bize e-posta gönderin: [e-posta korumalı]. Dinlediğin için teşekkürler.