Beyin ve hafıza

İnsan beyni ve hafızası yüzlerce yıldır bilim insanlarının araştırma konusu olmuştur. Beyine ve hafızanın oluşumuna dair çalışmalar moleküler biyoloji ve biyoteknoloji yöntemlerinin geliştirilmesi ile büyük bir sıçrama yaptı. Bugün, hafızanın oluşumunda beyinin işleyişinde hangi proteinlerin ve genlerin işlevleri olduğunu, bu proteinlerin arasındaki iletişim mekanizmalarını anlamaya çalışıyoruz. Peki düşüncelerimiz beynimizde nasıl işleniyor ve hafızamız beynimizde nasıl depolanıyor? Bu işlemlerin arkasında yatan moleküler mekanizma ve proteinler nelerdir? İşte bu sorulara önemli ölçüde cevap verebilecek çalışmalarının önünü açan bir araştırma Dr. Nahum Sonenberg ve ekibi tarafından gerçekleştirildi. Dr. Sonenberg ve ekibi memeli beyninde bulunan özel bir proteinin, işlevini değiştiren bir değişime uğradığını açığa çıkardı. Bu değişim hücre içinde protein sentezi yapıldıktan sonra gerçekleştirilmektedir. Bu tür değişimlere post-translasyonal modifikasyon(değişim) denilmektedir. Hücrelerimiz içindeki iletişim ve bilgi alışverişi proteinlerin bu şekilde değişimlere uğramasıyla gerçekleşmektedir. Örneğin kinaz adı verilen enzim yapısındaki proteinler diğer proteinlerin üzerlerine fosfat gruplarını eklemektedir. Bazı proteinlere fosfat kimyasal grubunun eklenmesi proteini aktif hale getirirken, bazı durumlarda protein işlevini engellemektedir. Kinaz enziminin yaptığı işi odalarımızda bulunan elektrik anahtarları gibi düşünebiliriz. Fosfat gruplarının eklenmesi protein açısından açma-kapama düğmesi gibi işlev görmektedir. Fosfat grubu bağlanmış proteini tanıyan, ona bağlanarak onunla etkileşen başka bir protein de bu şekilde ya aktifleşerek işlevsel hale gelmektedir, ya da engellenerek işlevsiz hale geçmektedir. Bu işlem diğer proteinlerle de devam etmekte ve böylece proteinler kendi aralarında haberleşmekte, hücrelerimizdeki metabolik olaylar gerçekleşmektedir. Kinaz gibi farklı kimyasal grupları proteinlere ekleyen ya da onlardan kopartan farklı farklı enzimler bulunmaktadır. Hücre içindeki tüm bu işlemler ve proteinler karmaşık bir iletişim ağı oluşturmaktadır. Bizler henüz bu ağı anlamaya, ağdaki eksik bilgileri toplamaya çalışıyoruz. Hücre içi protein iletişimine kısaca göz attıktan sonra hafızanın nasıl oluştuğu sorusuna cevap verebilmek için beynimizin yapısına kısaca göz gezdirelim. Beynimizde sinir hücreleri bulunmaktadır. Bu sinir hücreleri özel bağlantı noktalarıyla birbirine bağlıdır. Bu hücrelerde sinyal iletimi olmaktadır. Örneğin gözümüz ışığı toplayarak, dışarıdaki görüntüyü topladıktan sonra göz hücrelerinin sinir hücrelerine birleştiği yerde bu görüntü bir elektrik iletisine dönüştürülür. Bu elektrik iletisi ise bir sinir hücresinden diğerine çok hızlı şekilde aktarılır ve elektriksel ileti beynin iletiyi yorumlayacak ilgili bölgesine ulaşır. Beyin bu elektriksel iletiyi yorumlar ve beynimizde görüntü böylece oluşur. Hafızamız oluşurken sinir hücreleri ya da nöronlar birbiriyle özel bağlantı noktaları ve elektrik iletimi aracılığı ile iletişim kurarlar. Bu bağlantıları güçlendirmek için sinir hücrelerinin yeni proteinlere ihtiyaçları bulunmaktadır. İşte Dr. Sonenberg ve ekibinin üzerinde çalıştıkları bu protein, 4E-BP2 sinir sistemi içerisinde yeni proteinlerin üretilmesi işlevini yürütmektedir. Sonenberg ve arkadaşlarının keşfine kadar, hiç kimse 4E-BP2 proteinin bu şekilde kimyasal olarak değişime uğrayarak sinir hücresi işlevini değiştirebileceğini bilmiyordu. Bu kimyasal değişim sinir hücrelerinin iletişim yeteneklerini etkilemektedir ve hafızayı oluşturan mekanizmanın bir parçasıdır. Biology News. Net adlı internet sitesindeki habere göre, ekipteki önde gelen araştırmacılardan Dr. Michael Bidinosti, protein sentezi ve hafıza alanlarının giderek birleşen alanlar olduğunu vurgulamakta, protein sentezi mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasının, nöroloji biliminin gelişmesi için elzem olduğuna dikkat çekmektedir. Ekibin çalışması Molecular Cell isimli dergide 25 Mart 2010 tarihinde yayınlandı. Yalnızca bir protein üzerine yapılan bu çalışma ve keşif, nöroloji biliminde büyük sıçramalara yol açabilecek yeni çalışmaların önünü açmakta ve protein kimyasal değişimine dair temel moleküler mekanizmalara tekrar dikkati çekmektedir. Önümüzdeki yüzyıl genetik bilimi kadar, hatta belki de daha fazla protein bilimi ve beynin yüzyılı olacak gibi gözüküyor.
Günseli Bayram