Bir zamanlar nöronlar için sadece destek hücreleri olarak görülen astrositlerin, artık beyin devrelerini ayarlamaya yardımcı olduğu ve böylece genel beyin durumunu ya da ruh halini kontrol ettiği düşünülüyor.
Ingrid Wickelgren
Çeviri: Sedef Çakır
GazeteBilim Yazı İşleri
İnsan beyni, milyarlarca nörondan oluşan devasa bir sistemdir. Birbirlerini baskılayan ya da uyaran sinyaller üreterek saniyede 1.000 defaya kadar beynin tamamına yayılan örüntüler üretirler. Bir asırdan uzun süredir, baş döndürücü derecede karmaşık olan bu nöronal kodun algı, düşünce, duygu ve davranışın yanı sıra bunlarla ilişkili sağlık durumlarının da tek belirleyicisi olduğu düşünülüyordu. Beyni anlamak istiyorsanız, nöronları incelemeye yönelirdiniz: Sinirbilim.
2025 yılında Science dergisinde üç makalelik bir seri olarak yayımlanan yakın tarihli çalışmalar, beynin nasıl çalıştığını anlamak için sadece nöronlara odaklanmanın fazlasıyla yetersiz olduğuna dikkat çekiyor ve bu konuda önemli bulgular sunuyor. Fareler, zebra balıkları ve meyve sinekleri üzerinde yapılan deneyler, “astrosit” adı verilen büyük beyin hücrelerinin birer denetleyici gibi görev yaptığını ortaya koyuyor. Bir zamanlar nöronlar için sadece destek hücreleri olarak görülen astrositlerin, artık beyin devrelerini ayarlamaya yardımcı olduğu ve böylece genel beyin durumunu ya da ruh halini kontrol ettiği düşünülüyor. Astrositler; uyanıklık düzeyimiz, kaygımız ya da ilgisizliğimiz gibi durumlar üzerinde ciddi etkilere sahip.
Beynin birçok bölgesinde nöronlardan daha yoğun bulunan astrositler, karmaşık ve çeşitlilik gösteren şekillere sahiptir ve bazen, nöronların moleküler sinyaller alışverişinde bulunduğu bağlantı noktaları olan sinapsların yüz binlercesini hatta milyonlarını sarabilen uzantılar oluştururlar. Bu durum, astrositleri bilgi akışını etkileyebilecek mükemmel bir konuma yerleştirir. Ancak sinapslardaki aktiviteyi değiştirip değiştirmedikleri ya da bunu nasıl yaptıkları uzun süre netliğe kavuşturulamamıştır. Bunun bir nedeni de olası etkileşimlerin mekanizmalarının tam olarak anlaşılmamış olmasıdır. Astrositlerin sinaptik iletişimi nasıl dengelediğini ortaya koyan yeni çalışmalar ise, astrositlerin etkisini görmezden gelmeyi imkansız hale getiriyor.
Oregon Health and Science University’deki (OHSU) bağımsız bir sinirbilim araştırma merkezi olan Vollum Enstitüsü’nün direktörü ve yeni çalışmalardan birine öncülük eden Marc Freeman, “Bağlantıbilim (connectomics) çağında yaşıyoruz. Herkes, nöronlar arasındaki bağlantıları anlarsak beynin nasıl çalıştığını da anlayabileceğimizi dile getiriyor. Bu doğru değil. Nöronların bağlantılılığında hiçbir değişim olmamasına rağmen, nöronların ateşleme örüntülerinde çok dramatik değişimler görülebilir.” dedi.
Astrositler, sinapslarda nöronlara özgü hızlı ve ardışık sinyal iletiminde görev almaz. Bunun yerine, daha üst düzey ağ aktivitesini izler ve ayarlar. Yani beynin genel durumunu korumak ya da değiştirmek için bu aktiviteyi artırıp azaltır. Nöromodülasyon olarak adlandırılan bu işlev, bir hayvanın beyninin birbirinden çok farklı durumlar arasında geçiş yapmasına neden olabilir. Oldukça yeni makalelerden birinin gösterdiği bulgulara göre, örneğin bir eylemin sonuçsuz kaldığını ölçüp biçerek hayvanı vazgeçmeye yönlendirebilir.
Nöromodülasyon, beynin aktivite düzeyini işlevsel bir aralıkta tutmak için kritik bir rol üstlenir. Beynin tamamen sönümlenmesini veya nöbetlerle kontrolden çıkmasını önler. Yeni araştırmada yer almayan, 1980’lerin sonları ve 1990’ların başlarında astrosit sinyalleşmesi üzerine öncü deneyler yürütmüş Stanford Üniversitesi sinirbilim emeritus profesörü Stephen Smith şu ifadeleri kullandı: “Nöromodülatör dediğimiz bu şeylerin (ayarlamaları sağlayan moleküllerin) sürekli ince ayarı olmadan hiçbir nöral devre çalışamazdı.”
Uzun yıllar boyunca, bu hassas ayarın nöronlar tarafından yapıldığı düşünülüyordu. Önceki çalışmalar astrositlerin bazı hücresel sinyalleşme süreçlerinde rolü olabileceğini göstermiş olsa da, yeni araştırmada yer almayan ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri’nde (NIH) emeritus sinirbilimci Douglas Fields’a göre, son deneyler gelişmiş teknikler kullanılarak, astrositlerin beyindeki nöromodülasyonda kilit bir role sahip olduğunu ciddi şekilde ortaya koyuyor ve doğruluyor.
Bu rolleriyle astrositler, beynin genel durumunu bozan uyku bozuklukları ya da psikiyatrik rahatsızlıklarda önemli aktörler olabilir. Freeman, “Bunun nöropsikiyatrik hastalıklar açısından ne anlama geldiğini düşünmek mecburiyetindeyiz.” dedi.
Bir yıldız doğuyor
Astrositler, nöron dışı sinir sistemi hücreleri sınıfına ait olan glia hücrelerinin bir çeşididir. Bu hücreler beyni adeta döşer ve nöronların arasındaki boşlukları, paketleme köpükleri gibi doldurur. Yunanca “yapıştırıcı” anlamına gelen “glia” adı, 18. yüzyılın ortalarında bu hücrelerin amacının sadece beyni bir arada tutmak olduğu fikrini gözler önüne serer.
1950’li yıllarda araştırmacılar, astrositlerin bundan çok daha fazlasını yaptığını biliyordu. Yapılan deneylerde bu hücrelerin fazla nörotransmitterleri emdiği, potasyumu dengelediği ve nöronların enerji için ihtiyaç duyduğu maddeleri salgıladığı görüldü. Astrositler koşulları nöronlar için elverişli tutuyormuş gibi görünüyordu. Ancak bilim insanları onları, 1980’lerin sonlarına kadar görece pasif düzenleyiciler olarak değerlendirdi. Ta ki Smith, Yale Üniversitesi’ndeki sinirbilim laboratuvarı için yeni bir mikroskop geliştirene kadar.
Smith’in geliştirdiği yeni dijital video floresan mikroskobu, floresan ışık kullanarak nöronal aktivitenin filmlerini çekmek üzere tasarlanmıştı. Bir nöron ateşlendiğinde hücrenin içine kalsiyum hızla dolar. Bu yüzden araştırmacılar, kalsiyumla karşılaştıklarında parlayan floresan sensörleri beyin hücrelerinin içine yerleştirdiler. Mikroskop, bu ışığın zaman ve mekan içinde parlaklaşıp sönmesini algılayabiliyor; böylece hücrelerin ateşleme örüntülerini ortaya çıkarıyordu. Smith, “Muhtemelen o dönemdeki en gelişmiş, en hassas, en havalı düzeneğe sahiptik.” ifadelerini kullandı.
1989’da bir gün, Smith’in doktora öğrencisi Steve Finkbeiner (günümüzde San Francisco’daki kâr amacı gütmeyen Gladstone Enstitüleri’nde nörolog) mikroskobu, beynin çoğu nöronunun iletişim kurmak için kullandığı nörotransmitter molekülü olan glutamatın potansiyel toksik etkilerini incelemek için kullanıyordu. Finkbeiner’ın astrositlere ayrı bir ilgisi yoktu, fakat nöronların hayatta kalmasına yardımcı oldukları için onları hücre kültürüne koydu. Ardından glutamatı ekledi.
Bir anda mikroskobunun başından bağırmaya başladı: “Patron, buraya gel! Bunu görmen lazım! Astrositler resmen çıldırdı.” Astrosit tabakası boyunca floresan ışık dalgalar halinde yayılıyor, bir hücreden diğerine sıçrıyordu. Bu kalsiyum dalgaları, astrositlerin sanki birbirleriyle iletişim kuruyormuş gibi koordineli bir aktivite sergilediğini açıkça gözler önüne seriyordu. Üstelik hücreler glutamata yanıt verdiğine göre, nöronlara da yanıt vermeleri mantıklıydı. Araştırmacılar, deneyi anlattıkları 1990 tarihli makalelerinde oldukça iddialı bir şekilde “astrosit ağlarının, beynin içinde bir sinyal iletim sistemi oluşturabileceğini” öne sürdüler. Kısa süre sonra diğer ekipler de, kültür kaplarındaki, beyin dilimlerindeki ve hatta anestezi altındaki hayvanlardaki astrositlerin çeşitli nörotransmitterlere yanıt verdiğini gösterdi.
O dönemde birçok sinirbilimci, astrositlerin yeni keşfedilen özelliklerini nöronlarınkine benzetiyordu. Fakat bugün aradaki farklar oldukça net bir şekilde görünüyor. Öncelikle astrositler görece çok geniş bir alan kaplar: Tek bir astrosit, büyük bir doku bölgesini kapsar ve insan beyninde 2 milyona kadar sinapsa uzanabilir. Astrositler, nöronlara kıyasla daha uzun zaman ölçeklerinde çalışır. Kalsiyum dalgaları saniyelerden dakikalara uzanan bir süreçte yayılır. Bu, nöronların aksonları boyunca sinyalleri iletmesi ve nörotransmitter salması için gereken milisaniyelerle karşılaştırıldığında çok daha uzundur.
Astrositlere dair bu şaşırtıcı yeni bakış açısının davranışla nasıl ilişkili olduğunu araştırmak için bilim insanları hayvan modellerine yöneldi. Araştırmacılar, laboratuvar farelerinde astrositleri; örneğin gözlerine ışık tutmak ya da bıyıklarına dokunmak gibi duyusal uyaranlarla aktive etmeye çalıştılar ve yanıt olup olmadığını floresan mikroskop altında, kafatasında açılmış bir pencereden gözlemlediler. Bazen hücreler yanıt veriyordu, bazen vermiyordu. Ancak 2013 ve 2014 yıllarında, birbirinden bağımsız iki araştırma ekibi astrositlerin dikkatini çekmenin şaşmaz bir yolunu bildirdi: Fareleri, aniden bir hava püskürterek ya da ayaklarının altındaki koşu bandını bir anda çalıştırarak irkiltmek. İrkilme tepkisi, büyük ölçüde bilinçdışı bir savunma mekanizması ve beynin durumunda ani bir geçiştir. Hayvanların tamamında görülür.
Omurgalı hayvanlar irkildiğinde, beyin sapında “locus coeruleus” adlı bölgedeki nöronlar, uyanıklıkla ilişkili bir nöromodülatör olan norepinefrini, beynin dört bir yanına yayılan lifler boyunca salgılar. Nörotransmitterlerin yaptığı gibi belirli bir mesaj iletmektense, nöromodülatörler beynin aktivitesini bir radyo düğmesi gibi artırıp azaltır ve beynin genel durumunu değiştirir. Çalışmalar, norepinefrinin astrosit dalgalarını tetikleyen unsur olduğunu gösterdi. Bu da astrositlerin, bir şekilde nöromodülasyonda rol aldığını düşündürdü.
Tüm bunlara rağmen, astrosit sinyalleşmesi gizliliğini koruyordu. Bu hücrelerin norepinefrin reseptörlerine sahip olduğu biliniyordu, fakat norepinefrinin reseptörlere bağlanmasının kalsiyum dalgalarına nasıl yol açtığını kimse bilmiyordu. Ayrıca, bu dalgaların aşağı akıştaki nöronlara ne tür bir sinyal gönderdiği sorusu da hala gizemini koruyordu. Bazı araştırmacılar astrositlerin nöronlar üzerinde etkili olan kendi “gliotransmitter” moleküllerini ürettiğini düşünüyordu, ancak diğerleri bu görüşe itiraz ediyordu. Toplantılarda araştırmacılar, astrositlerin beyindeki bilgi akışını ne kadar (hatta gerçekten şekillendirip şekillendirmediği) konusunda yüksek sesli ve hararetli tartışmalara giriyordu.
Freeman’ın laboratuvarındaki bir öğrenci olan, o dönemde Massachusetts Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde bulunan Zhiguo Ma, bu konuyu bir meyve sineği beyninde gün yüzüne çıkarmayı hedefledi. Freeman, onu uyardığını hatırlıyordu: “Lütfen yapma. Ortalık çok karışık.” Fakat o bu uyarılara rağmen devam etti. Meyve sineklerinde irkilme tepkisini, onları aniden ters çevirerek yeniden oluşturdu. Moleküler biyolojinin hassas araçlarını kullanarak kimyasal ileti zincirini takip etti. Norepinefrinin sineklerdeki karşılıkları, hücre zarında bir kanalı açarak astrositleri aktive etti. Bu da bir gliotransmitterin (büyük olasılıkla adenozinin) salınmasına yol açtı ve nöronal sinyalleşmeyi baskıladı. Freeman’ın ekibi, 2016’da Nature’da şu şekilde yazdı: “Bu tür nöron–astrosit etkileşimlerini tanımlamak kritik öneme sahipti; çünkü bunlar beyin fonksiyonunu kontrol etmek için potansiyel olarak yaygın bir mekanizmayı temsil edebilirdi.”
Bazılarına göre bu deney, astrositlerin nöral devrelerin ayrılmaz bir parçası olduğuna dair ilk kanıtı sunuyordu. Ancak tek bir meyve sineği makalesi, şüphecileri ikna etmeye yetmedi. Yaklaşık on yıl sonra, bir omurgalıda elde edilen ürkütücü derecede benzer bulgular tüm dengeleri değiştirecekti.
Ne zaman vazgeçmeli?
Bunu sık sık böyle düşünmesek de, vazgeçme eylemi beyindeki aktivitede ani bir değişimi yansıtır. Bu, umut halinden umutsuzluğa geçiş gibi bir zihinsel durum değişimini temsil eder ve aynı irkilmede olduğu gibi, davranış üzerinde derin etkiler yaratır. Sinirbilimci Misha Ahrens’in liderliğinde araştırmacılar, zebra balığı larvalarının ne zaman vazgeçtiğini incelerken, astrositlerin böylesine ani bir ruh hali değişimine nasıl aracılık ettiğine dair bir keşifte bulundular.
Bir zebra balığı vazgeçtiğinde bu nasıl görünür? Doğada, bir zebra balığı akıntılı suda bulunduğu yerde kalmak isterse akıntıya karşı yüzer. Virginia’daki Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nün Janelia Araştırma Kampüsü’nde ise Ahrens’in ekibi, zebra balığı tankında bir akıntı simülasyonu oluşturmak için sanal gerçeklik kullandı. Böylece balık ne kadar hırsla yüzerse yüzsün, geriye doğru kayıyormuş gibi hissediyordu. Balık başlangıçta daha sert yüzüyordu, ancak yaklaşık 20 saniye sonra genellikle vazgeçiyordu. Bir süre sonra ise yeniden deniyordu.
Bu sırada araştırmacılar, gelişmiş görüntüleme teknikleri kullanarak zebra balığının beynindeki nöronları ve astrositleri incelediler. Balık akıntıya karşı mücadele ederken norepinefrin salgılayan nöronlar ateşleniyordu. Buna yanıt olarak da astrositlerde kalsiyum birikiyordu. Bu birikim, balığın akıntıya karşı koymak için yaptığı deneme sayısıyla beraber ilerliyordu. Sanki astrositler bu denemeleri takip ediyormuş gibiydi. Ta ki bir noktada dur sinyali verilene ve zebra balığı vazgeçene kadar.
Ahrens’in ekibi, bir lazer yardımıyla astrositleri devre dışı bıraktığında, balık yüzmeyi hiç bırakmadı. Astrositler yapay olarak aktive edildiğinde ise balık hemen durdu. Ahrens, “Astrositlerin davranışsal durum değişimini başlatmada rolü olduğunu gösteren ilk çalışmaydı.” ifadelerini kullandı.
2025 yılında yayımlanan bir Science makalesinde araştırmacılar, astrositlerin bu davranış değişikliklerine nasıl yol açtığını ortaya koydu. Çeşitli moleküller için floresan sensörler kullandılar ve astrositlerde yeterince kalsiyum biriktiğinde enerji molekülü olan ATP’yi salgıladıklarını buldular. Hücre dışında ATP, adenozine dönüştürülür ve bu madde nöronlar üzerinde etki gösterir. Bu durumda, yüzmeyi baskılayan nöronları uyararak ve yüzme nöronlarını baskılar. Bu süreç, Ma ve Freeman’ın meyve sineğinde gözlemlediği bulgularla örtüşüyor.
Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden Thomas Papouin’in liderliğinde yürütülen ve aynı Science sayısında yayımlanan araştırmaya göre, aynı moleküler mekanizma fare beyninde de görüldü. Papouin’in ekibi, nöronlar arasındaki iletişimi değiştiren sinapslardaki değişimleri inceliyordu. Bu, düşünce ve davranıştaki devam eden değişimlerin temelini oluşturan bir nöroplastisite türüdür. Norepinefrinin bu değişimleri, doğrudan nöronlar üzerinde etkili olarak oluşturduğu düşünülüyordu. Fakat norepinefrinin etkileri, nöronlar üzerindeki reseptörleri kaldırılmış olsa dahi hala görülüyordu. Bu süreç yalnızca astrositlere bağlıydı.
Papouin, “Norepinefrinin sinapslar üzerindeki etkisinin büyük ölçüde astrositler aracılığıyla gerçekleşmesini bekliyorduk. Ama bunun tamamının böyle olacağını hiç beklemiyorduk!” dedi.
Freeman, meyve sinekleri, zebra balıkları ve fareler gibi birbirinden çok farklı türlerde aynı moleküler yolların bulunmasının, astrositlerin nöral devreleri derinden etkileyebilmesinin evrimsel olarak korunmuş bir yoluna işaret ettiğini dile getirdi.
Sonuçlar, nöromodülasyonla ilgili önceki teorilerde büyük bir boşluk olduğunu gösteriyor. Fields, “Geçmişte sinirbilimciler nöromodülatörleri inceliyordu ve bunların nöral devre işlevini düzenlemede önemli olduğunu biliyorlardı; ancak düşüncelerinde, diyagramlarında ya da modellerinde nöronlardan başka hiçbir şey yoktu,” dedi. “Şimdi ise hikayenin çok büyük bir kısmını kaçırdıklarını görüyoruz.”
Freeman’ın ekibinin meyve sineği üzerinde yaptığı araştırma, omurgalılarda yapılacak bir sonraki çalışmalar için çok faydalı bulgular sunuyor. Aynı Science sayısında ekip, norepinefrinin astrositlerin nöronlardan gelen girdilere nasıl yanıt verdiğini değiştirdiğini bildirdi. Freeman’ın doktora sonrası araştırmacısı Kevin Guttenplan, parçalanmış bir sinek beynini sineklerdeki norepinefrin karşılıklarıyla yıkadı. Guttenplan, “Bir anda astrositler, diğer nörotransmitterlerin hiçbirine yanıt vermezken hepsine yanıt vermeye başladı,” dedi. Sineklerde norepinefrin ve benzeri moleküller, astrositlerin nöronların moleküler mesajlarını duymasını sağlıyor ve ardından bu aktiviteyi modüle etmelerine imkan tanıyor gibi görünüyor.
Bu dinamik, astrositlerin beynin bir durumdan diğerine hızlıca geçmesini nasıl sağlayabildiğini açıklamaya yardımcı oluyor. Freeman, “Eğer norepinefrin düşükse (ki bu düşük uyarılma düzeyi demektir) astrositler diğer sinapsları neredeyse hiç dinlemez.” dedi. “Ama hayvan uyarılır uyarılmaz ve ortalıkta norepinefrin bulunmaya başladığında, astrositler artık her bir sinapsı dinleyebilir ve buna karşılık nöronların nasıl ateşlendiğini değiştirebilir.”
Guttenplan, bu sonuçların beynin bilgiyi işleme biçimine yeni bir seviye eklediğini söyledi. “Zaten karmaşık olan konektomun (nöron ağı) üzerine, bir de bunun üstünde yer alan bambaşka bir düzenleme katmanı var.” dedi.
Ruh hali ölçeri
Astrositlerin sinyalleşme mekanizmasının ayrıntıları giderek netleşse de, hala nörotransmisyon hakkında bilinenlerin gerisinde kalıyor. Zebra balığı makalesinin ilk yazarı ve Harvard Tıp Fakültesi öğrencisi Alex Chen, “Heyecan verici bir dönem.” dedi. “Astrosit alanı için, en azından kavramsal olarak, modern sinirbilimin 1950’lerde başladığı dönemde insanların nöronlar konusunda bulunduğu noktadan çok da ileride değiliz.”
Bu sırada araştırmacılar, astrositlerin aracılık ettiği kritik beyin işlevlerine odaklanıyor. Bazı araştırmalar, astrositlerin zaman içinde bilgi biriktirme yeteneğinin (zebra balığının yüzme denemelerinde olduğu gibi) uyku-uyanıklık döngüsüne de uzandığını öne sürüyor. Astrositler, çok yüksek ihtimalle kalsiyum birikimi yoluyla, insanların gün boyunca artan uyku borcunu takip ediyor gibi görünüyor ve beyin aktivitesini değiştiren, uykuyu tetikleyici moleküller salgılıyor.
Guttenplan, “Astrositlerin; uyku, açlık, uyarılma gibi büyük durum geçişleriyle ilişkili davranışlarda rol oynadığını görüyoruz. Özellikle daha yavaş bir zaman ölçeğinde, çok geniş bir alandaki birden fazla devre türünün aynı anda açılıp kapanması gerektiği durumlarda.” dedi.
Bu davranışlar, ruh sağlığıyla ilgili durumları da yansıtıyor olabilir. Geçen yıl araştırmacılar, stresle tetiklenen ve farelerde depresyona benzer davranışlar oluşturan bir nöron–astrosit beyin devresini gözler önüne serdi. Bazı ruh sağlığı bozukluklarının, astrosit sinyalleşmesindeki bozukluklar nedeniyle ortaya çıkması mümkün. Ahrens’in söylediğine göre insanların ruh hali nispeten yavaş değişir ve bu süreç kısmen nöromodülatörler tarafından yönlendirilir. Astrositlerin nöromodülasyondaki rolü ise, onları ilaç hedefi olarak umut verici bir noktaya taşıyor.
Papouin, “Sinirbilim çok uzun yıllardır yalnızca nöronlarla ilgileniyor ve hala tek bir beyin bozukluğu için bile kesin bir tedavimiz yok.” dedi. “Bunu değiştirebilmenin yolu ise, astrositler gibi nöron dışı hücrelerin varlığını ve etkisini kabul etmek ve onları modeller ile deneylere dahil etmek.” diye ekledi.
Freeman, çoğu sinirbilimcinin bu mesajı henüz almadığını söyledi. “Devreler üzerinde deney yapan insanların yüzde doksan dokuzu, astrositin ne yapıyor olabileceğini hiç düşünmüyor bile. Oysa bu, o devrenin nasıl çalıştığı üzerinde gerçekten çok çarpıcı etkiler yaratabilir.”
Kaynakça:
Once Thought To Support Neurons, Astrocytes Turn Out To Be in Charge | Quanta Magazine
Son Erişim Tarihi: 11/02/2026
