Nörogenomik

Prof. Dr. Işıl KURNAZ

İnsan Genom Projesi ve diğer pek çok genom dizileme projesinin 1990’larda hayata geçmesi, ve bilgisayar ve veri işleme teknolojilerindeki gelişmelerle birlikte ayrı bir disiplin olarak kendisine yer edinen genomik alanı, odaklandığı konulara göre yapısal genomik, işlevsel genomik, karşılaştırmalı genomik gibi pek çok alt dala da ayrılmış durumdadır. Bu alt dallardan biri olan nörogenomik, sinir sisteminin çok katmanlı kompleks yapısını ve işlevini aydınlatmak üzere genomik araçlarını kullanarak genotip, fenotip ve çevre ilişkisini inceleyen bir disiplin olarak tanımlanabilir.

Genomun tümünün sinir sisteminin gelişimine, evrimine, yapısına ve işlevine nasıl etkisi olduğunu inceleyen nörogenomik, genom ürünleri olan mRNA, miRNA, protein vb moleküllerin fenotipe olan etkilerini gerek nörodejeneratif hastalıklar, rejenerasyon süreçleri gibi mekanistik ve fizyolojik olgular açısından, gerekse öğrenme, hafıza, psikolojik rahatsızlıklar, ve sosyal davranışlar gibi olgular açısından açıklamaya çalışan, nörobiyoloji ile genom bilimlerinin kesişiminde yer almaktadır (Boguski ve Jones, 2004).

Nörolojik hastalıklar açısından bakıldığında, yüksek ölçekli genom dizileme teknolojileri ve büyük veri gibi alanlardaki gelişmeler sayesinde genetik veya sporadik hastalıkların altında yatan moleküler mekanizmaların aydınlatılması, genlerin veya gen ailelerinin tanımlanması, hastalıkla ilişkili mutasyonların veya farklılıkların belirlenmesi gibi müthiş bir bilgi havuzu oluşturduğu kesindir (Tsuji, 2013).

Tüm-Genom İlişkilendirme Çalışmaları (genome-wide association studies, GWAS), tüm hastalıklar ve alanlarda olduğu gibi sinir sistemi hastalıklarında da büyük önem arz etmektedir (Cowperthwaite ve ark., 2010). Otizm Genom Projesi, Otizm Araştırmaları Ulusal İşbirliği (National Alliance for Autism Research) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin (National Institutes of Health) 1500 soy ağacı içeren geniş bir genom işbirliği ağı ile otizmle ilişkili olabilecek SNP’lerin belirlenmesi, diyagnostik belirteçlerin tanımlanması ve tedaviye yönelik hedeflerin belirlenmesini hedeflemiş, ayrıca beyin gelişiminde kritik rol oynayan bazı kodlamayan RNA’lar ve protein-protein etkileşimlerinin otizm spektrum hastalıklarında da önemli olduğu tespit edilmiştir (Hu-Lince ve ark., 2005; Ziats ve ark., 2015). Alzheimer hastalığına yönelik kritik kontrol noktalarını tespit etmek üzere İnsan Beyin-om (Brainome, Petyuk ve ark., 2018) araştırması başlatılmıştır.

Nörogenomik sadece hastalıklarla ilişkili olarak değil, genel olarak kompleks bir organ olan beyin ve ilgili sistemlerin normal gelişimsel sürecini incelemek için de inanılmaz bir kaynaktır. Günümüzde önem kazanan bir diğer alan da düşük miktarlarda hücre veya materyalden yapılan ve non-invazif yöntemler açısından kritik olan tek-hücre genomik çalışmalardır. Bu yöntemin nörogenomik uygulaması kullanılarak yakın zamanda beyinde daha önce tanımlanamamış yeni hücre tipleri olduğu bulunmuştur (Guillaumet-Adkins ve Heyn, 2017).

Davranışsal hastalıklarda da nörogenomik önem kazanmaya başlamıştır, ancak özellikle davranışsal genomiğin eleştiri aldığı noktalar olan hipotez ve nedensellik kurgularındaki boşlukların ileride sağlam zemine oturtulması kritik öneme sahiptir. Son derece kompleks ilişkiler ağı içersinde gerçekleşen sosyal davranışların incelenmesi için, hem fenotipten davranışsal öneme sahip gen modüllerine giden, hem de genlerin manipulasyonundan davranış fenotiplerine giden çift yönlü entegre deneysel kurguların olması gerekmektedir (Harris ve Hofmann, 2014; BrainSeq Konsorsiyum, 2015). Yeni nesil sekanslamanın yaygınlaşması ile, konuşma ve dil bozuklukları ile ilişkili olabileceği belirlenen FOXB1, FOXB2, SETBP1 gibi bazı genler haritalandırılmaya başlanmıştır (Deriziotis ve Fisher, 2013). Tüm-Genom İlişkilendirme Çalışmaları psikiyatrik hastalıklar açısından yaygınlaşmaya başlamış olup, Pskiyatrik Genom Konsorsiyumu (PGC) terapiye yönelik yeni gen hedefleri bulmak üzere kullanılmaktadır (Breene ve ark., 2016). Bu konsorsiyumun liderliğini yaptığı BrainSeq çalışmasının da özellikle yeni nesil sekanslama maliyetlerinin giderek düşüyor olmasının da etkisiyle, yakın gelecekte şizofreni, davranış bozuklukları gibi olgularda moleküler mekanizmanın tespiti ve tedaviye yönelik hedefler bulmada en büyük rolü oynaması beklenmektedir (BrainSeq konsorsiyumu, 2015).

Özetle, nörogenomik özellikle beyin hastalıkları ve psikiyatrik hastalıklarda modern tıppı değiştirme yönünde iddiasını ortaya koymaktadır; hastalıkların tüm-genom ilişkilendirme çalışmalarının, davranış, bilişsel beceriler, beyin gelişimi gibi konularda yeni ilaç hedefleri tanımlama ve tedavi gelişim sürecine katkıda bulunması uzun vadeli hedeflerdendir (Wendland ve Ehlers, 2016).

Obama’nın başlattığı BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies - Yenilikçi Nöroteknolojileri İlerletmek suretiyle Beyin Araştırmaları) İnisiyatifinin amacı, beyin hücreleri ile nöral devrelerin nasıl etkileştiği, ve bu etkileşimin mekanizmasının beyin hastalıkları ya da yaralanmalarını tedavide nasıl kullanılabileceği olup, İnsan-Bilgisayar Arayüzü gibi gelişmelerle birlikte yeni ufuklar açmıştır. Öyle görünüyor ki, BRAIN inisiyatifi, Avrupa’daki İnsan Beyin Projesi, genel anlamda yeni nesil bilgi teknolojileri, nesnelerin interneti, büyük veri işleme, ve giyilebilir / vücuda entegre sistemler ile genom ve epigenom çalışmalarının bir arada kullanılması, nörolojik hastalıkların tedavisi ve rehabilitasyonu açısından gelecekte çok sık konuşacağımız konulardan olacak.

KAYNAKLAR

• Boguski MS, Jones AR (2004). Neurogenomics: at the intersection of neurobiology and genome sciences. Nat Neurosci 7(5): 429 – 433.
• BrainSeq: A Human Brain Genomics Consortium (2015). BrainSeq: Neurogenomics to drive novel target discovery for neuropsychiatric disorders. Neuron 88: 1078 – 1083.
• Breen G, Li Q, Roth BL, O’Donnell P, Didriksen M, Dolmetsch R, O’Reilly P, Gaspar H, Manji H, Huebel C, Kelsoe JR, Malhotra D, Bertolino A, Posthuma D, Sklar P, Kapur S, Sullivan PF, Collier DA, Edenberg HJ (2016). Translating genomewide association findings into new therapeutics for psychiatry. Nat Neurosci 19(11): 1392 – 1396.
• Cowperthwaite MC, Mohanty D, Burnett MG (2010). Genome-wide association studies: a powerful tool for neurogenomics. Neurosurg Focus 28(1): E2.
• Deriziotis P, Fisher SE (2013). Neurogenomics of speech and language disorders: the road ahead. Genome Biol 14: 204.
• Guillaumet-Adkins A, Heyn H (2017). Single-cell genomics unravels brain cell-type complexity. Adv Exp Med Biol 978: 393 – 407.
• Harris RM, Hofmann HA (2014). Neurogenomics of behavioral plasticity. Adv Exp Med Biol 781: 149 – 168.
• Hu-Lince D, Craig DW, Huentelman MJ, Stephan DA (2005). The autism genome project: goals and strategies. Am J Pharmacogenomics 5(4): 233-246.
• Petyuk VA, Chang R, Ramirez-Restrepo M, Beckmann ND, Hnriion MYR, ve ark. (2018). The human brainome: network analysis identifies HSPA2 as a novel Alzheimer’s disease target. Brain 141(9): 2721-2739.
• Talboom JS, Huentelman MJ (2018). Big data collision: the internet of things, wearable devices and genomics in the study of neurological traits and disease. Hum Mol Genet 27(R1): R35-R39.
• Tsuji S (2013). The neurogenomics view of neurological diseases. JAMA Neurol 70(6): 689-694.
• Wendland JR, Ehlers MD (2016). Translating neurogenomics into new medicines. Biol Psychiatry 79(8): 650-656.
• Ziats MN, Grosvenor LP, Rennert OM (2015). Functional genomics of human brain development and implications for autism spectrum disorders. Transl Psychiatry 5: e665.

_______________________________

Yazar Hakkında

Işıl Aksan Kurnaz 1995 yılında Boğaziçi Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü’nden lisans derecesini aldıktan sonra, 1998 yılında University of London ve Maric Curic Research Institute ortak doktora programından mezun oldu. Takip eden yıllarda Boğaziçi Üniversitesi’nde öğretim görevlisi olarak çalıştı, University of Manchester’da doktora sonrası çalışmalarını yürüttü ve Türkiye’ye dönerek Yeditepe Üniversitesi bünyesinde Genetik ve Biyomühendislik Bölümü’nün kurulmasında aktif rol aldı. 2006 yılında GEBIP odulunu, 2007 yılında L'Oreal Türkiye Genç Kadın Bilim İnsanı ödülünü aldı. 2016 yılında ise Global Young Academy'ye üye seçildi. Prof. Dr. Işıl Kurnaz 2014 yılından bu yana Gebze Teknik Üniversitesindedir; halen Biyoteknoloji Enstitüsü Müdürü olarak görev yapmaktadir.