YENİ GEOMETRİK CİSİM: SCUTOID

Bir embriyo gelişirken dokular ileride organları oluşturacak karmaşık üç boyutlu şekillerde kıvrılır. Örneğin epitel hücreler bu işlemin yapı taşlarıdır. Bu hücreler derinin en dış katmanını oluşurlarken aynı zamanda kan hücrelerinin ve hayvanların organlarının iç çeperini oluştururlar.

Epitel hücreler birbirlerine sıkıca tutunurlar. Ebriyonik gelişim döneminde oluşan kıvrılmayı sağlayabilmek için epitel hücrelerinin kolonlu yapıda ya da şişe şeklinde yukarı doğru daralan yapıda dizildikleri varsayılıyordu.

Ancak bir grup bilim insanı araştırmalarını derinleştirdi ve bu süreç sırasında oluşan yeni bir geometrik şekil keşfetti.

Vardıkları sonuca göre, doku kıvrılması sırasında hücreler enerji kullanımını asgari seviyeye düşürürken oluşan yığının kararlılığını en üst seviyeye çıkaran, daha önce tanımlanmamış bir şekilde diziliyorlar. Araştırmanın sonuçları “Nature Communications” dergisinde “Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia. (Scutoidler üç boyutlu epitel dizilimine geometrik çözüm.)” isimli makalede yayınlanacak.

Çalışma Birleşik Devletler ve Avrupa Birliği ortak ürünü. Luis M. Escudero (Seville University, Spain) ve Javier Buceta (Lehigh University, ABD)’nın takımları çalışmayı ortak yürüten ekipler. Pedro Gomez-Galvez ve Pablo Vincente-Munuera ve beraberlerinde Andalucian Center of Developmental Biology ve Severo Ochoa Center of Molecular Biology, bu çaılşmanın ilk yazarları arasındalar.

Buceta ve meslektaşları keşfi önce birçok alanda geometrik organizasyonu anlamak amacıyla kullanılan Voronoi diagramlarını, bilgisayarlı ortamda modelleyerek yaptılar.

Buceta: “Modelleme işlemi sırasında gördüğümüz sonuçlar garipti. Modelimizin öngörüsüne göre dokunun kıvrımı arttıkça hücrelerin alabileceği şekiller yalnızca kolon ya da şişe şekli değildi. Meğer bu yeni şeklin matematikte bir adı bile yokmuş! İnsan yeni geometrik şekilleri isimlendirme fırsatı ile çok sık karşılaşmıyor.”

Grup yeni şekle “scutellum” (böceğin göğüs kafesi ya da karın kısmının arka tarafı) yapısına benzerliğine istinaden “scutoid” adını verdi.

Modelin doğruluğunu sınamak üzere grup farklı hayvanların farklı dokularındaki üç boyutlu yapılanmaları gözlemledi. Gözlem sonuçları, epitel hücrelerin şekillerini bilgisayarlı modelde öngörüldüğü gibi adapte ettiklerini ve üç boyutlu yığınlar oluşturduklarını kanıtladı.

Grup, biyofizik yaklaşımlarla scutoid şeklinin üç boyutlu yapıyı kararlı  halde tutmanın yanında yapının enerji verimini arttırdığını da savunuyor. Buceta’nın deyimiyle: “Doğanın en verimli epitel kıvrımlarına nasıl ulaştığını çözmüş bulunuyoruz.”

Bulguları epitelli organların üç boyutlu organizasyonlarını anlamanın ve doku mühendisliğinde ilerlemelerin önünü açabilir.

Grup, “Morfogenezin bu temel yönüne ek olarak gelecekte doku ve organ üretebilmenin yolu, hücrelerin üç boyutlu organizasyonlarını anlamak ve sonrasında onları kontrol edebilmekten geçiyor.” diyor ve Buceta ekliyor: “Örneğin, yapay organlar üretmeyi düşünüyorsanız bu keşif, doğanın verimli şekilde doku oluşturmasını taklit ederek bunun gibi hücre yapıları oluşturabilmeniz için size iskelet sağlayacak.”

a) Görsel, tek katmanlı epitel yapının sütün şeklinde/kübik yapısını temsil ediyor. Hücreler prizma olarak basitleştirilmiş.

b) Görsel, sütunlu/kübik tek katmanlı epitel dokunun kıvrımını gösteriyor. Hücreler “şişe şekli” denen yapıya evrilmiş, bu yapıya kısaca “frusta” deniyor.

c) Epitel tüpün matematiksel modeli.

d) Bitiştirilmiş iki scutoid yapısını gösteren kil modeller ve scutoid cisminin şemasını gösteren görseller.

e) Cetoniidae ailesinden Protaetia Speciose böceğinin sırt görüntüsü. Beyaz çizgiler scutum, scutellum ve kanat yapısının scutoid cismiyle benzerliğini vurguluyor. Görsel Dr. Nicolas Gompel’den kendi izniyle alınmıştır.

f) Tüp şekli oluşturan hücrelerin üç boyutlu yapılanması. Dört renkle renklendirilmiş hücreler apico-basal hücre eklenmesini gösteriyor.

g) Mavi ve sarı hücrelerin apical bölümlerinin nasıl temas ettiğini gösteren apico-basal geçişin detayı. Görsel aynı zamanda scutoidlerin nasıl konkav yüzey oluşturduklarını da göstermekte.

Kaynak: Luis M. Escudero (Seville University, Spain), Javier Buceta (Lehigh University, USA), Pedro Gomez-Galvez, Pablo Vicente-Munuera and scientists from Andalucian Center of Developmental Biology, and the Severo Ocha Center of Molecular Biology, ve diğerleri.