Hidrozoan Denizanası Cladonema pacificum'daki Kök Benzeri Hücreler için Floresan In Situ Hibridizasyon ve 5-Etinil-2'-Deoksiüridin Etiketleme

Cnidaria, sinir ve kasları olan hayvanları içeren temel olarak dallanan bir metazoan filum olarak kabul edilir ve onları hayvan gelişiminin ve fizyolojisinin evrimini anlamak için benzersiz bir konuma yerleştirir ^1,2. Cnidarians iki ana gruba ayrılır: Anthozoa (örneğin, deniz anemonları, mercanlar) sadece planula larvalarına ve sapsız polip aşamalarına sahipken, Medusozoa (Hydrozoa, Staurozoa, Scyphozoa ve Cubozoa üyeleri) tipik olarak serbest yüzme medusae veya denizanası ile planula larvaları ve polipleri şeklini alır. Cnidarians genellikle yüksek rejeneratif kapasite sergiler ve altta yatan hücresel mekanizmaları, özellikle yetişkin kök hücrelere ve proliferatif hücrelere sahip olmaları, çok dikkat çekmiştir ^3,4. Başlangıçta Hydra’da tanımlanan hidrozoan kök hücreler, ektodermal epitel hücreleri arasındaki interstisyel boşluklarda bulunur ve genellikle interstisyel hücreler veya i-hücreleri³ olarak adlandırılır.

Hidrozoan i-hücreleri, çok yönlülük, yaygın olarak korunan kök hücre belirteçlerinin ekspresyonu (örneğin, Nanolar, Piwi, Vasa) ve göç potansiyeli 3,5,6,7,8 gibi ortak özellikleri paylaşır. Fonksiyonel kök hücreler olarak, i-hücreler hidrozoan hayvanların gelişimine, fizyolojisine ve çevresel tepkilerine yoğun bir şekilde katılır ve bu da yüksek rejeneratif kapasitelerini ve plastisitelerini kanıtlar³. I-hücrelerine benzer kök hücreler, hidrozoanların dışında, yerleşik model türü Nematostella’da bile tanımlanmamış olsa da, proliferatif hücreler hala somatik dokunun ve germ hattı^9’un bakımı ve yenilenmesinde rol oynamaktadır. Cnidarian gelişimi ve rejenerasyonu ile ilgili çalışmalar ağırlıklı olarak Hydra, Hydractinia ve Nematostella gibi polip tipi hayvanlar üzerinde yapıldığından, denizanası türlerinde kök hücrelerin hücresel dinamikleri ve işlevleri büyük ölçüde ele alınmamıştır.

Akdeniz ve Kuzey Amerika da dahil olmak üzere dünya çapında farklı habitatlara sahip kozmopolit bir denizanası türü olan hidrozoan denizanası Clytia hemisphaerica , çeşitli gelişimsel ve evrimsel çalışmalarda deneysel bir model hayvan olarak kullanılmıştır¹⁰. Küçük boyutu, kolay kullanımı ve büyük yumurtaları ile Clytia , laboratuar bakımı için ve yakın zamanda kurulan transgenez ve nakavt yöntemleri¹¹ gibi genetik araçların tanıtılması için uygundur ve denizanası biyolojisinin altında yatan hücresel ve moleküler mekanizmaların ayrıntılı analizi için fırsat yaratır. Clytia medusa dokunaçlarında, i-hücreleri ampul adı verilen proksimal bölgede lokalize olur ve nematoblastlar gibi progenitörler, nematositler¹² de dahil olmak üzere farklı hücre tiplerine farklılaşırken distal uca göç eder.

Denizanasının oral organı olan Clytia manubriumunun yenilenmesi sırasında, gonadlarda bulunan Nanos1 ⁺ i-hücreleri, hasara yanıt olarak manubriumun kaybolduğu bölgeye göç eder ve manubrium^7’nin yenilenmesine katılır. Bu bulgular, Clytia’daki i-hücrelerinin aynı zamanda morfogenez ve rejenerasyonda rol oynayan fonksiyonel kök hücreler gibi davrandığı fikrini desteklemektedir. Bununla birlikte, i-hücrelerinin özelliklerinin Hydra ve Hydractinia ³ gibi temsili polip tipi hayvanlar arasında farklılık gösterdiği göz önüne alındığında, kök hücrelerin özelliklerinin ve işlevlerinin denizanası türleri arasında çeşitlendirilmesi mümkündür. Ayrıca, Clytia hariç, diğer denizanaları için deneysel teknikler sınırlandırılmıştır ve proliferatif hücrelerin ve kök hücrelerin ayrıntılı dinamikleri bilinmemektedir¹³.

Hidrozoan denizanası Cladonema pacificum, su pompası veya filtreleme sistemi olmadan laboratuvar ortamında tutulabilen yeni bir model organizmadır. Cladonema medusa, Cladonematidae ailesinde ortak bir özellik olan dallanmış dokunaçlara ve ampul^14’ün yakınındaki ektodermal tabakada ocellus adı verilen bir fotoreseptör organına sahiptir. Dokunaç dallanma süreci, dokunaçların adaksiyal tarafı boyunca görünen yeni bir dallanma bölgesinde meydana gelir. Zamanla, dokunaçlar uzamaya ve dallanmaya devam eder, eski dallar uç^15’e doğru itilir. Ek olarak, Cladonema dokunaçları amputasyondan sonra birkaç gün içinde yenilenebilir. Son zamanlarda yapılan çalışmalar, Cladonema^16,17’de dokunaç dallanmasında ve rejenerasyonunda çoğalan hücrelerin ve kök benzeri hücrelerin rolünü ortaya ^koymuştur. Bununla birlikte, geleneksel in situ hibridizasyon (ISH), Cladonema’daki gen ekspresyonunu görselleştirmek için kullanılırken, düşük çözünürlüğü nedeniyle, kök hücre dinamiklerini hücresel düzeyde ayrıntılı olarak gözlemlemek şu anda zordur.

Bu yazıda Cladonema’daki kök benzeri hücrelerin FISH ile görselleştirilmesi ve hücre proliferasyonunun bir belirteci olan EdU ile birlikte boyanması için bir yöntem açıklanmaktadır¹⁸. Bir kök hücre belirteci^olan 5,17 olan Nanos1’in ekspresyon paternini, tek hücre düzeyinde kök benzeri hücre dağılımının tanımlanmasına izin veren FISH tarafından görselleştiriyoruz. Ek olarak, Nanos1 ekspresyonunun EdU etiketlemesi ile birlikte boyanması, aktif olarak çoğalan kök benzeri hücrelerin ayırt edilmesini mümkün kılar. Hem kök benzeri hücreleri hem de proliferatif hücreleri izlemek için kullanılan bu yöntem, dokunaç dallanması, doku homeostazı ve Cladonema’da organ rejenerasyonu dahil olmak üzere çok çeşitli araştırma alanlarına uygulanabilir ve benzer bir yaklaşım diğer denizanası türlerine de uygulanabilir.