1.  GİRİŞ

Embriyonik gelişim, bir organizmanın hayatının erken evrelerinde hücresel ve dokusal olarak kompleks değişikliklerin meydana geldiği bir aşamadır[1]. Bu evrede temel organ sistemleri oluşmaktadır. Yine özellikler belirli ölçüde belirlenir. Embriyonik gelişim çeşitli moleküler ve genetik olayın kompleks etkileşimlerini içerir organizmanın sağlıklı olabilmesi açısından çok önemlidir.

Son yıllarda genetik düzenleme tekniklerinin de hızla gelişmesiyle birlikte embriyonik gelişimin genetik olarak düzenlenmesinin incelenmesi yeni imkanlar sunmuştur[2]. Özellikle CRISPR/Cas9 sistemi gibi yeni nesil moleküler araçlar sayesinde embriyo gelişimine doğrudan müdahale edilebilir.

Bu çalışmada, embriyonik gelişimin genetik düzenlemesi üzerine yapılan bazı araştırmaları yeniden gündeme getireceğiz. Bunun yanı sıra embriyonik gelişimin genetik düzenlenmesi üzerine yapılan çalışmaların etik değerlerini de ele almak büyük önem arz ediyor[3]. Ama bu çalışmada etik değerler ele alınmayacaktır.

2.  BULGULAR

2.1  GEN DÜZENLENMESİNDE CRİSPR/Cas9 SİSTEMİ

2015 yılında paylaşılan makalede CRISPR/Cas9 sisteminin tripronükleer (üç nükleuslu) zigotlarda gen düzenlenmesi için kullanılabileceği gösterilmiştir[4]. Bu çalışma, istenen genetik değişikliklerin titizlikle uygulanabilir olduğunu ve ileri aşamalarda embriyonun gelişimini etkilemediğini bildirmiştir. 2017 yılında paylaşılan makalede, CRISPR-Cas9 sisteminin embriyolarda o bölgeye özel gen değişikliklerinin yapılmasında yüksek etkinliğe sahip olduğu bulunmuştur[5].

Yine 2020 yılında Charpentier ve Doudna ekibinin CRISPR/Cas9 sistemini geliştirip bir genetik makas elde etmelerinden ötürü 2020 nobel kimya ödülünü kazanmışlardır[6]. Bununla beraber “tasarlanmış bebekler” konusu yeniden gündeme gelmiştir. Bu teknoloji ile birlikte embriyolara müdahaleler edilip bebeğin çeşitli genetik özellikleri değiştirilebilmektedir. Çinli biyofizikçi He Jiankui ikiz bebeklerin genetiğini değiştirerek çeşitli özellikler ekleyip çıkarmıştır[7]. Bu yaptıklarıyla bilim insanlarından büyük tepki toplamıştır. Çin hükümetinden de hapis cezası almıştır[8].

2.2  GENETİK HASTALIKLARIN DÜZELTİMİ

Embriyonik gelişimin genetik düzenlemesi, genetik hastalıkların düzeltilmesi ve taşınmasının önlenmesi açısından büyük bir potansiyele sahiptir. Bu alanda yapılan araştırmalar, genetik hastalıklara neden olan mutasyonları taşıyan embriyolarda yapılan gen düzenlemesi ile sağlıklı genotipe sahip embriyoların üretilebileceğini göstermektedir.

Liang ve ekibinin 2020 yılında yaptığı bir araştırmada kistik fibrozis gibi genetik bir hastalığa neden olan mutasyonları taşıyan embriyolarda CRISPR-Cas9 sistemi ile gen düzenlemesi yapılarak sağlıklı embriyoların üretilebileceğini göstermiştir[9].

2.3  EMBRİYONİK GELİŞİMDE GENETİK KONTROL

Embriyonik gelişim, karmaşık bir süreç olup bir dizi genetik olayın düzenlenmesine bağlıdır. Genetik kontrol mekanizmaları, embriyonik hücrelerin farklılaşması, dokuların gelişimi ve organ oluşumu için etkili birlikte çalışır.

Epigenetik düzenlemeler, embriyonik gelişimin erken safhalarında gen ifadesini etkileyen genetik kontrol mekanizmasıdır. Şöyle ki, Smith ve ekibi 2013 yılında, embriyonik kök hücrelerde Histon modifikasyonları ve DNA metilasyonunun genetik kontrol mekanizmalarındaki işlevini incelemişlerdir[10]. Bu çalışmayla birlikte embriyonik gelişimin programlanmasında epigenetik düzenlemelerin çok önemli bir rol oynadığı ve hücre farklılaşması süreçlerine rehberlik ettiği anlaşılmıştır.

Bunun yanı sıra, sinyal iletim yolları da embriyonik gelişimde genetik kontrolün önemli bir faktörüdür. Sinyal molekülleri, hücreler arasında iletişimi sağlayarak embriyonun gelişimini düzenler. Örneğin, Driever ve Nüsslein-Volhard 1989’da, sinyal iletim yollarının embriyonik gelişimde segmentasyon ve eksen oluşumunda nasıl işlev gördüğünü araştırmışlardır[11]. Bu araştırma sirke sineği adını verdiğimiz drosophila melanogaster üzerinde yapılmıştır.

Bu çalışma, sinyal iletim yollarının hücre farklılaşması ve morfolojik şekillendirme süreçlerini koordine ettiğini ortaya koymuştur.

3.  SONUÇ

Embriyonik gelişimin genetik düzenlenmesi, yeni tekniklerle birlikte hızlanmıştır. Özellikle CRISPR/Cas9 sistemi gibi moleküler araçlar, embriyo gelişimine doğrudan etki etmek için önemlidir. Örnek vermek gerekirse, genetik hastalıklara neden olan mutasyonları taşıyan embriyolarda yapılan gen düzenlemesi ile sağlıklı genotipe sahip embriyoların üretilebileceği bulunmuştur.

Ama bunun etik olarak olsun hukuki olarak olsun sonuçları vardır ve daha önce de belirttiğim gibi çinli bir biyofizikçi tarafından embriyolara uygulanmış, genetiği değiştirilmiş ve biyofizikçi bundan ötürü hapis cezası ve para cezası almıştır.

Embriyonik gelişimde genetik kontrol mekanizmaları da büyük önem taşımaktadır. Epigenetik düzenlemeler, embriyonik gelişimin erken aşamalarında gen ifadesini etkileyerek hücre farklılaşması süreçlerini yönlendirmektedir. Sinyal iletim yolları ise embriyonik gelişimde hücreler arasında iletişimi sağlayarak morfolojik şekillendirme süreçlerini kontrol eder. Bu mekanizmaların anlayabilirsek, embriyonik gelişimi daha iyi kavrayabilir ve genetik düzenlemenin geleceğini planlayabiliriz.

Yazar: İbrahim Muratoğlu

Dipnotlar:

[1] Gilbert, S.F. “Early Embryonic Development”, Developmental Biology, 11th edition, Sinauer Associates, 155- 159 (2016).

[2] Hsu PD, Lander ES, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell, 157(6), 1262-1278.(2014)

[3] https://www.nature.com/articles/519410a

[4] Liang, P., Xu, Y., Zhang, X., Ding, C., Huang, R., Zhang, Z., Lv, J., Xie, X., Chen, Y., Li, Y., Sun, Y., Bai, Y., Songyang, Z., & Ma, W. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein & Cell, 6(5), 363– 372.(2015)

[5] Ma, H., Marti-Gutierrez, N., Park, S. W., Wu, J., Lee, Y., Suzuki, K., Koski, A., Ji, D., Hayama, T., Ahmed, R., Darby, H., Van Dyken, C., Li, Y., Kang, E., Park, A.-R., Kim, D., Kim, S.-T., Gong et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature, 548(7668), 413–419.(2017)

[6] https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/press-release/

[7] Greely HT. CRISPR’d babies: human germline genome editing in the ‘He Jiankui affair’. J Law Biosci. 2019 Aug 13;6(1):111-183

[8] https://www.nature.com/articles/d41586-020-00001-y

[9] Liang, P., Xu, Y., Zhang, X., Ding, C., Huang, R., Zhang, Z., Lv, J., Xie, X., Chen, Y., Li, Y., Sun, Y., Bai, Y., Songyang, Z., & Ma, W. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein & Cell, 6(5), 363– 372.(2015)

[10] Smith, Z.D., Meissner, A. DNA methylation: roles in mammalian development, Nature Reviews Genetics, 204– 220(2013)

[11] Driever, W., Nüsslein-Volhard, C. The bicoid protein is a positive regulator of hunchback transcription in the early Drosophila embryo. Nature 337, 138–143 (1989)

KAYNAKÇA

Gilbert, S.F. “Early Embryonic Development”, Developmental Biology, 11th edition, Sinauer Associates, 155-159 (2016).

Hsu PD, Lander ES, Zhang F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell, 157(6), 1262-1278.(2014)

Lanphier, E., Urnov, F., Haecker, S. et al. Don’t edit the human germ line. Nature 519, 410–411 (2015). https://doi.org/10.1038/519410a

Liang, P., Xu, Y., Zhang, X., Ding, C., Huang, R., Zhang, Z., Lv, J., Xie, X., Chen, Y., Li, Y., Sun, Y., Bai, Y., Songyang, Z., & Ma, W. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein & Cell, 6(5), 363–372.(2015)

Ma, H., Marti-Gutierrez, N., Park, S. W., Wu, J., Lee, Y., Suzuki, K., Koski, A., Ji, D., Hayama, T., Ahmed, R., Darby, H., Van Dyken, C., Li, Y., Kang, E., Park, A.-R., Kim, D., Kim, S.-T., Gong et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature, 548(7668), 413–419.(2017)

J. A. Doudna and E. Charpentier, Genetic scissors: a tool for rewriting the code of life, https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/press-release/ , Erişim Tarihi: 12.09.2023

Greely HT. CRISPR’d babies: human germline genome editing in the ‘He Jiankui affair’. J Law Biosci. 2019 Aug 13;6(1):111-183

Liang, P., Xu, Y., Zhang, X., Ding, C., Huang, R., Zhang, Z., Lv, J., Xie, X., Chen, Y., Li, Y., Sun, Y., Bai, Y., Songyang, Z., & Ma, W. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein & Cell, 6(5), 363–372.(2015)

David Cyranoski, What CRISPR-baby prison sentences mean for research, https://www.nature.com/articles/d41586-020-00001-y , Erişim Tarihi: 12.09.2023

Smith, Z.D., Meissner, A. DNA methylation: roles in mammalian development, Nature Reviews Genetics, 204–220(2013)

 Driever, W., Nüsslein-Volhard, C. The bicoid protein is a positive regulator of hunchback transcription in the early Drosophila embryo. Nature 337, 138–143 (1989).