Hafıza, yaşam boyunca deneyimlerin beynin hipokampüs ve kortikal bölgelerindeki nöronların düzenlenmesiyle oluşturulur. Hafıza oluşumunda, enerji gerektiren bir mekanizma olan uyarıyla indüklenmiş uzun süreli potansiyasyon (stimulus-induced long-term potentiation) ile nöronların önceden sahip olduğu çeşitli iç mekanizmalar etkilidir. Ayrıca son zamanlarda araştırmacılar, nöronlar arası ağın (Perineuronal nets) hafıza düzeneklerinin düzenlenmesinde ve hafızanın korunmasındaki rolü üzerine çalışmalar yürütülmektedir.
Jovasevic ve ekibi, hafızanın oluşmasına etki eden mekanizmaları kapsayıcı ve entegre bir şekilde ele alabilmek için bu araştırmayı gerçekleştirmişlerdir. Araştırmada fare hipokampüsünde bulunan ayrık CA1 uyarıcı nöron popülasyonları kullanılmıştır. Bu popülasyonların, 24-48 saatlik bir süre içinde erken ve geç gen ifadelerini izleyerek, canlının içinde bulunduğu ortamla korku oluşmasına neden olan uyaranı bağdaşlaştırması ve benzer bir ortamda korku tepkilerini göstermesine dayanan bağlamsal korku koşullaması (contextual fear conditioning) uygulanmıştır. Yakın ve uzak hafıza gen ifade modelleri, deneyden 96 saat ve 21 gün sonraki ölçümlerle belirlenmiştir. Uzak dönemde nöronlar arası ağın yapısına katılacak ekstraselüler matriks genleri ya da mikrotübül genleri ifade edilirken yakın dönemde daha çok sitokinler ya da NF-kB sinyal yolağının etkinleştirilmesinde rol alan, nükleik asit parçalarını saptayan TLR9 gibi immün sistem genlerinin ifade edildiği gözlemlenmiştir.
Öğrenme ile ilişkili nöronal aktivitelerde özellikle erken zaman hafızanın oluşmasında, DNA’nın kodlanmayan bölgelerinde (enhancer gibi) geçici kırıklar meydana gelir.Bağlamsal korku koşullandırılması sonrası meydana gelen çekirdek dışındaki DNA fragmentlerini inceleyen ekip, DNA kırılmasının gerçekleştiği zaman nükleer zarın yapısının bazı bölgelerinde bozulduğunu ve buradan bazı çift sarmallı DNA (dsDNA) ve γH2AX (DNA kırıklarını tespit etmek için hücrenin kullandığı bir molekül) gibi parçacıkların endoplazmik retikulumun özellikle hücre dışı DNA sensörlerinden biri olan TLR9 açısından zengin olan bölgelere geçtiği ve TLR9’un aktivasyonunu sağladığı saptanmıştır. Daha sonraki zaman aralığında γH2AX2’in DNA kırıklarının olduğu bölgelerden ziyade perisentromal bölgelerde yoğunlaştığı ve homolog olmayan uç birleştirme (non-homologous end joining) DNA tamir mekanizması ile ilişkisi ortaya çıkarılmıştır. Bu durum sentrozomların hafızayla ilişkili mekanizmalarda kromozom bütünlüğünü sağlama rolü olabileceğini akıllara getirmiştir. Ayrıca TLR9 nöronal stress altında mitokondriden DNA fragmentlerinin salgılanmasına, NF-kB sinyal yolağının etkinleştirilmesine yol açtığı ve böylelikle hafızanın erken aşamasında inflamasyon fenotipleri ortaya çıktığı gözlemlenmiştir. Ek olarak TLR9 ayrıca geç endozom proteini olan LAMP2 ile ilişkili olduğu tespit edilmiştir.
Daha sonra TLR9’un DNA tamir mekanizması ve nöronlar arası ağla olan ilişkisini ortaya koymak amacıyla araştırmacılar, TLR9 proteinini, Cre rekombinazı ifade eden adeno ilişkili virüsler ile enjekte ederek etkisiz hale getirdikten sonra değişiklikleri gözlemlemiştir, bu durumda DNA tamiri ile ilgili proteinin (53BP1) ilgili hasarlı bölgelere ya da sentrozomal DNA tamiri bölgelerine bağlanmasının bozulduğu bu durumun genomik kararsızlığa yol açtığı, mikrotübül oluşumunu ve nöronlar arası ağ şekillendirmesini de kötü yönde etkilediği anlaşılmıştır.
Özetle fare hipokampüsünde bulunan ayrık CA1 uyarıcı nöron gruplarıyla yapılan deneyle TLR9’un aktivasyonuyla özellikle erken dönem hafızanın şekillendirilmesinde görev alan çeşitli enflamasyon mekanizmaları aktive olduğu, ayrıca bu protein öğrenme ve hafıza gibi işlevler sonucu oluşan DNA kırıklarını tamirinde, sentrozomal DNA tamiri bölgeleriyle ilişkili mekanizmalarda önemli rol oynadığı, uzun süreli hafızanın şekillenmesinde,hafızanın stabilizasyonu ve korunmasında etkili olan nöronlar arası ağın oluşturulmasında da etkili olduğu saptanmıştır. Bu yüzden TLR9 proteini ile hafıza arasındaki reddolunmaz ilişkinin zarar görmesi durumunda genomik kararsızlık ortaya çıkması alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıkların gelişiminde payı olabileceğini göstermiştir. Bu proteinin fonksiyonlarının daha iyi anlaşılması nörodejeneratif hastalıkların tedavisi için umut verici bir gelişmedir.
Yazar: Hatice Nur Kapan
Editör: Gülnur Uzun
Referans: Jovasevic, V., Wood, E.M., Cicvaric, A. et al. Formation of memory assemblies through the DNA-sensing TLR9 pathway. Nature 628, 145–153 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07220-7
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
MSc. Bioengineering
BSc. Mathematics