Kaliforniya Üniversitesi, Riverside’daki araştırmacılar, kanser, iltihaplanma veya nörodejeneratif hastalıkların başlangıcını geciktiren kokuları solumanın mümkün olabileceği bir teknoloji üzerinde çalışmaktadır.
Moleküler, hücre ve sistem biyolojisi profesörü Anandasankar Ray liderliğindeki bir ekip, laboratuvar deneylerinde meyve sineği (Drosophila melanogaster) üzerinde deneyler yaparak birkaç gün içinde sineğin antenlerinde gen ifadesinde değişiklikler olduğunu tespit etti. Ayrı deneylerde, ekip farelerde ve insan hücrelerinde benzer gen ifadesi değişiklikleri buldu.
Ray, “Koku maddesine maruz kalmak, hatta koku reseptörleri olmayan dokularda bile gen ifadesini doğrudan değiştirebilir, bu tam bir sürpriz oldu” dedi. “Bu moleküller, hücre zarından hücre çekirdeğine girebiliyor.”
Diacetyl, gıda ve içecek aromalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğal olarak çeşitli süt ürünlerinde bulunur ve fermantasyon ve bira yapımının doğal bir yan ürünüdür. Diacetyl, biralar, şaraplar, Yunan yoğurdu ve birçok olgunlaşan meyvede bulunmasına rağmen, yüksek konsantrasyonlarda solunması güvenli olarak kabul edilmez.
Ray, “İlk keşfimiz, bir kanıt olarak diasetil kullanılarak yapıldı ve bu bileşik terapi için mükemmel bir aday olmayabilir” dedi. “Zaten gen ifadesinde değişikliklere yol açan diğer uçucu bileşikleri belirlemek üzerinde çalışıyoruz. Önemli buluşumuz, mikroplardan ve yiyeceklerden yayılan bazı uçucu bileşiklerin nöronlarda ve diğer ökaryotik hücrelerde epigenetik durumları değiştirebileceğidir. Bu şekilde davranan yaygın uçucu bileşikler hakkında ilk raporumuzdur. Bu, tamamen yeni bir araştırma alanını açıyor. İmkânlar sınırsızdır.”
eLife’da yayımlanan araştırma, organizmanın uçucu bileşik kaynağını aktif olarak tüketmese bile gen ifadesi ve kromatinde (DNA ve proteinlerin kromozomları oluşturduğu karışım) değişikliklerin mümkün olduğunu göstermektedir. Kaynak, organizmadan bile uzak bir mesafede olabilir.
Ray, “İlk kez, maruz kalınan bazı bu koku moleküllerinin, deri, burun, akciğerler ve hatta muhtemelen kana karışarak beynimize kadar hücrelerimize emildiğini ve temel olarak gen ifadesini değiştirdiğini gösterdik” dedi. “Bu endişe verici bir durum mu? Predispozisyonumuzu belirli hastalıklara nasıl etkiliyor? Tam olarak hangi genleri etkiliyor? Bu sorular hala cevapsız kalan sorulardır.”
Ray’ın ekibi, diasetilin histon deasetilaz, yani HDAC enzimlerinin bir inhibitörü olarak hareket edebildiğini buldu ve benzer potansiyele sahip birkaç ilgili uçucu bileşik keşfetti. HDAC inhibitörleri, kanser ilaçları olarak kullanılırken, iltihaplı hastalıkların ve nörodejenerasyonun tedavisinde de kullanılabilir. Bitkilerde ve hayvanlarda korunan HDAC’ler inhibe edildiğinde, hücrelerde DNA daha az sıkı sarılır ve daha fazla gen ifadesi meydana gelir.
Ray, “Bu, kokuya dayalı HDAC inhibitörlerinin nörodejenerasyonu veya hafıza bozukluklarını geciktirme potansiyelini açıyor” dedi.
Meyve sineğinde, Ray’ın ekibi diasetil uçucu bileşiklerine maruz kalmanın Huntington hastalığıyla ilişkili fotoreseptör hücrelerinin dejenerasyonunu önemli ölçüde yavaşlattığını buldu. Transgenik farelerde, diasetile maruz kalmanın akciğer ve beyinde gen ifadesi değişiklikleri gösterdiği; nöroblastoma gibi kanserlerde yükselen gen seviyelerinin diasetile maruz kalan farelerde önemli ölçüde azaldığı bulundu.
İnsan hücre hatlarında, ekip diasetilin asetilasyon seviyelerini değiştirdiğini; asetilasyon seviyeleri yükseldikçe gen ifadesi seviyelerinin arttığını buldu. İnsan kanser hücre hatları üzerinde yapılan daha fazla testte, diasetile maruz kalmanın nöroblastoma’nın çoğalmasını engellediği bulundu.
İnsan hastalıklarının yanı sıra, bu araştırma tarım için de büyük etkileri bulunmaktadır. HDAC’ler yüksek oranda korunur, bu nedenle bitkileri de etkiler.
Ray, “Bitkilerde bazı bu uçucu bileşiklere çok güçlü bir yanıt görünmektedir” dedi. “Bitkilerde, gen ifadesinde değişiklik gerektiren herhangi bir süreç artık bu özel koku sınıfına maruz kalma yoluyla etkilenebilir.”
Ray, uçucu bileşiklerin gen ifadesi seviyelerini değiştirebilen ve bitkinin kök, yaprak, çiçek ve hatta donma ve kuraklık gibi abiyotik streslere yanıtı geliştirmek için genetik potansiyelini kullanabilen küçük ilaçlar gibi olduğunu açıkladı.
“Uçucu kimyasallar, bitki ve hayvanlara terapi dozunu vermek için hap veya enjeksiyona ihtiyaç duymadan solunabilir, neredeyse koku temelli terapiye yeni bir anlam kazandırabilir” dedi.
Ray, UCR’deki Teknoloji Ortaklıkları Ofisi’nin yardımıyla, nörodejenerasyonu ve kanseri yavaşlatabilen ve bitki büyümesini ve streslere yanıtı değiştiren uçucular için patentler başvurdu.
Geçen yıl Ray, bu gen ifadesini değiştiren uçucuları kullanma özel lisansına sahip olan Remote Epigenetics adlı bir startup şirketi kurdu. Şirket, UCR kampüsündeki Çok Amaçlı Araştırma Binası’nda merkezi bulunmaktadır. Yeni tarım teknolojileri geliştirmeye odaklanan bu agritech startup, düşük maliyetli uçucuları kullanarak çeşitli önemli sorunları ele almaya odaklanacaktır.
Ray’a bu araştırmada Sachiko Haga-Yamanaka, Rogelio Nuñez-Flores, Christi Ann Scott, Sarah Perry, Stephanie Turner Chen, Crystal Pontrello ve Meera Goh Nair de UCR’dan katıldı.
Ray ayrıca, koku alma ve tatın hesaplamalı sinirbilim üzerine çalışan Sensorygen adlı başka bir startup’ın da kurucusudur.
Araştırma, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve UCR Tarımsal Deney İstasyonu tarafından kısmen finanse edilmiştir.