GENOMUN ŞEKLİ


Mike GENE

Hücre hakkında ne kadar çok şey öğrenirsek, onun bir o kadar karmaşıklaştığına tanık oluyoruz. Biyokimya ve moleküler biyolojide, uzun zamandır bilindiği üzere, şekil, proteinler ve RNA gibi hücrenin fenotip çekirdeğini oluşturan kısımlar için çok önemli bir özelliktir. Herhangi bir proteinin ya da RNA’nın şeklinin değiştirilmesi aynı zamanda işlevinin değiştirilmesi demektir. Artık bu anlayışı yeni bir kavrayış düzeyine çıkarmanın zamanıdır.

Konu genom olduğunda, bizler uzun zaman boyunca genoma, onu basit bir nükleotid sırası olarak gören doğrusal koşullar çerçevesinde odaklandık. Fakat bazı olağanüstü araştırmalara müteşekkiriz ki, artık genomun şekli üzerinde de düşünmeye başlamaya ihtiyacımız olduğu açıkça ortaya çıktı.

İnsan genomunu milyonlarca parçaya bölüp, tersine mühendislik uygulayarak yeniden bir araya getirerek, araştırmacılar genomun üç boyutlu yapısının yüksek çözünürlükteki resmini ürettiler.

Resim, bilimin heyecan verici bir zafer örneklerinden biridir ve kullanılan teknik sadece genomun DNA içeriğinin değil, bizzat genomun kendi şeklinin, insan gelişimini ve hastalıkları nasıl etkilediğini araştırmada bilim insanlarına yardımcı olabilecek.

Çalışmanın yardımcı yayımcısı, Massachusetts Üniversitesi Tıp Okulu Moleküler Biyologu Job Dekker;

Artık şu açık bir gerçektir ki, kromozomların uzamsal organisazyonu genomun düzenlenmesinde kritik işleve sahiptir. Bu çalışma gen düzenlenmesi (regülasyonu) hususunda daha evvel araştırılmamış yepyeni alanlar açmaktadır. Bu birçok yeni soru ortaya çıkaracaktır.

[…]

Çiftler üzerinde çalışarak, araştırmacılar hangi genlerin orijinal genomda birbirleri ile yan yana olduğunu anlatabilecekler. Gen çiftlerinin genomda bilinen dizilimleri ile çapraz eşleşme yapan bir yazılımın yardımıyla, araştırmacılar genomun dijital bir heykelini bir araya getirdiler. Ve bu ne denli harikulade bir heykeldir.

Çalışmanın yazarlarından Harvard Üniversitesi bilişimsel biyolog Erez Liberman-Aiden;

Hiçbir düğüm yok. Tamamıyla engellenmemiş bir yapı. İnanılmaz derecede yoğun bir yoyo ya benzeyen yün yumağı gibi, fakat tüm yapıyı katiyen bozmadan, bazı ipleri çekmeniz ve tekrar yerlerine koymanız mümkün.

Matematiksel ifadeyle, genomun parçaları Hilbert eğrisine benzer bir şekilde bir araya getiriliyor. Hilbert eğrisi, fraktal bir eğridir. İlginç olan özelliği ise bir alanı hiç boşluk bırakmayacak şekilde kaplayabilmesidir. Diğer bir deyişle sadece çizgileri birleştirerek elde edilen bu eğri aslında iki boyutludur ve işin ilginç yanı bu oyunu 3 boyutlu ortamda da yapabilmesidir. (Çeviride ek açıklama yapılmıştır.)

Evrimin nasıl olupta genomun depolanması sorunsalında bu çözüme ulaştığı bilinmemektedir. Bu özellik,  kromozomların üretildiği DNA ve protein karışımından oluşan kromatinin içkin bir özelliği olabilir. Fakat kökeni ne olursa olsun, bu durum matematiksel olarak zarif olmanın ötesindedir. Araştırmacılar ayrıca kromozomların iki bölgesi olduğunu da buldular, biri etkin genler diğeri ise etkin olmayan genler içindi ve bağlanmamış eğri kıvrımlar, genlerin kolaylıkla hareket etmesine müsaade etmekteydi.

Liberman-Aiden bu şekli, büyük kütüphanelerde bulunan hareketli kitaplıkların sıkıştırılmış sıralarına benzetmektedir. ‘‘  Bunlar büyük yığınlar gibidir, yan yana ve birbirlerinin üzerinde ve aralarında hiçbir boşluk olmadan duran. Ve ne zaman genom genlerden bir grup kullanmak istese, yığını açar. Fakat sadece yığını açmakla kalmaz, onu kütüphanenin yeni bir kısmına taşır.’’

Bu bilgiyi alıp var olan aykırılığı açıklayabilecek bir hipotez ortaya koymakta kullanayım. DNA’yı paketleyen proteinlere histonlar olarak bilinir ve histonlar ökaryotlarda en sıkı şekilde korunmuş proteinler içersindedir. Oysa yıllar önce, Michael Behe maya içersinde birkaç sıkı şekilde korunmuş  amino asidin, tespit edilmiş herhangi bir olumsuz etki olmadan yerlerinin değiştirilebileceğini gösteren bir çalışma yapmıştı.

Son zamanlarda, bilim insanları da,  kodlanmayan DNA’nın da oldukça sıkı şekilde korunmuş bir yapı olduğunu keşfetmekteler, fakat bunu genomdan çıkardığınızda, hiçbir şey yanlış gitmemektedir.

Bu aykırılıklar son zamanlarda laboratuar ortamındaki hayatta kalmanın vahşi yaşamda da aynı şekilde bir hayatta kalış anlamına gelemeyeceği üzerinde tartışılarak açıklanmaktadır. Bu, mutasyona uğramış bir laboratuar faresi ya da mayanın,  kontrollü bir ortamda ve uygun laboratuarda hayatta kalabilecek iken, dışarıda vahşi doğada bazı koşulların bu mutasyona uğramış canlıları açık bir dezavantaja sürükleyebileceğidir.

Bu açıklama döngüsü doğruyken bile,  açıklama bizlere bu durumun nasıl gerçekleştiğini anlatmaz. Bizlere olası bir mekanizmada sağlamaz. Fakat artık bir tanesine sahibiz. Bunu görmek için, laboratuarda izole edilmiş tanıdık bir mutandı ele alalım- ısıya hassas mutant. Böyle bir mutant elde edebilmek için, bilim insanları protein dizilerini rasgele mutasyona uğratıp ve daha sonra yükseltilmiş sıcaklıkta bu mutantları seçmektedirler. Bilindiği kadarıyla, birçok protein eğer düşük sıcaklıklarda kalınırsa herhangi bir olumsuz etki olmadan mutasyon elde edebilmektedir, fakat yüksek sıcaklığa geçilirse bunlar işlevsiz olmaktadır. Düşünce şudur ki,  protein yapısı düşük sıcaklıklarda zayıflasa da hala tek parça kalabilmektedir. Sadece zaruri kimyasal bağları sağlayan ağ yapısı yüksek sıcaklıklara geçildiğinde kırılmaktadır.

İşte şimdi de hipotezim. Birçok çevresel baskının belirli bir genomun şekli üzerinde potansiyel bir etkisi olduğunu önerebiliriz. Böylelikle, oldukça sıkı şekilde korunmuş histonlar ve kodlanmayan DNA dizimiyle ısıya duyarlı mutantlar arasında da bir paralellik öngörebiliriz.-Bunlar genomun yapısal bütünlüğünü zayıflatır ve çevresel baskılar genom yapısını ve onun düzenleyici ağ yapısını bozar. Zayıflayan sistem çöker.

Bu hipotezin doğruluğu ne olursa olsun, oldukça açık şekilde görülmektedir ki, bir genomun düzenleniş şekli kodlanmamış DNA bölgesini ve onun evrim boyunca yeniden oluşumunu değerlendirirken mutlaka göz önünde bulundurmamız gereken bir şeydir.

Orjinal Makale Metni için ;

The Shape of the Genome


Reklamlar