Normal bir insanın vücudundaki tüm DNA ipliklerini ucuca eklersek elde edeceğimiz uzunluk yaklaşık 1 ışık saati oluyor. Bununla Satürn’ün Titan’ına kadar gidebilir ya da Ay’a yaklaşık 1500 kere gidip geri gelebiliriz. Artık yaklaşık 2 metre uzunluğundaki genomun boyu 1 milimetrenin yüzde biri kadar olan tek bir hücre çekirdeğine sığabilmek için ne şekilde katlandığına yönelik bir fikrimiz var.
MIT (Massachusetts Institute of Technology), Harvard ve MIT ortaklığı içerisinde bulunan Broad Institute ve Harvard Tıp Okulu’nda yapılan ortak bir çalışmayla insan genomunun 3 boyutlu yapısı ortaya çıkarıldı. Böylelikle 3 milyar baz çiftinin bir hücre çekirdeğine sığabilmek için nasıl organize olduğu bilinenler arasına eklendi.
Science dergisinde yayımlanan çalışma aynı zamanda DNA’nın bazı kısımları aktif şekilde okunurken bazı kısımlarının da nasıl “sessiz” kaldığını açıklayabilir. Dahası, geliştirilen bu yeni teknik yardımıyla araştırmacılar, gen ekspresyonunun hücreler gelişirken veya kanserleşirken nasıl değiştiği anlaşılabilecek. Kromozomların hücre içindeki yerlerini ve nasıl pozisyonlandıklarını gösterebilen bu teknik sayesinde DNA’daki bilginin fonksiyonel anlamda nasıl düzenlendiğini de anlama olanağı bulacağız.
Yapısal veriler insan genomunun, aktif genler erişilebilir bulunurken, kullanılmayan DNA bölgesinin daha yoğun bölgelere sıkıştığı iki ayrı kompartımana ayrılarak organize olduğunu gösteriyor.
Çalışmanın sonuçlarına göre her kromozom, aktif gen-zengini DNA bölgeleri ve inaktif gen-fakiri bölgeleri bu mantıkla organize ediyor.
Çalışma için MIT’deki fizikçiler ile yapılan işbirliği sonucunda DNA’nın matematikte bilinen “fraktal” şeklinde olduğu görüldü. Bu mimari, hücrenin DNA’daki düğümler ve katlanmaları önleyerek genomu okuyabilmesini olanaklı kılacak “fraktal globül” olarak adlandırılıyor. Ayrıca DNA’nın gen aktivasyonu, baskılanması ve hücre bölünmesi süreçlerinde kolaylıkla açılıp kapanabilmesini sağlıyor.
Doğanın bilgiyi saklamasının zarif bir biçimi süper-yoğun, düğümsüz bir fraktal. DNA’nın globüler bir yapıda olduğu ilk kez 1993 yılında New York Üniversitesi’nden Teorik Biyolog Alexander Grosberg tarafından önerilmişti.
1953 yılında Watson ve Crick’in genetik bilginin nasıl saklandığını ve kopyalandığını ortaya koymalarındaki gibi, DNA’nın 3 boyutlu yapısı da hücrede hangi DNA bölgelerinin proteine dönüştürüleceğini belirleyebileceğine yönelik işaretler veriyor.
Çalışmanın eş yürütücüsü Erez Lieberman-Aiden bu yapının genlerin nasıl açılıp kapandığına yönelik önemli bilgiler sunacağı görüşünde. Örneğin, elde edilen globüler model üzerine kurulan bilgisayar simülasyonlarında bu yapının kimyasal olarak modifiye edilebilirliğine yönelik bilgilere ulaşılmış durumda.
Geçmişte birçok bilim insanı DNA’nın “eşitlik globülü” olarak adlandırılan bir model üzerine çalışmıştır. Fakat bu yapının kolaylıkla düğümlenebilir olduğu ve fiziksel olarak zor hareket edebilmesiyle ilgili saptamalarda bulundular.
Genomun yapısını deşifre etmeye yarayan Hi-C tekniği, tekil olarak genlerin birbirine yakınlığını inceleyebiliyor. Çalışmayı gerçekleştirenler önce hücre çekirdeğinde bulunan DNA ipliklerini bir arada tutabilmek için formaldehit kullandılar. Daha sonra DNA’yı parçalayıp küçük parçalara ayırarak komşu segmentleri belirlediler. DNA küçük halkacıklar halinde tekrar birleştirildikten sonra paralel DNA sekanslama aşamasına geçildi.
Liberman ve diğer eş yazar Aiden elde ettikleri verinin bir fraktal globül oluşturduğunu gösterdiler. Bu aşamadan sonra bu hipotezi doğrulamak adına bir dizi bilgisayar simülasyonu gerçekleştirildi.
Çalışmayı gerçekleştirenler, gelecekte genomun 3 boyutlu organizasyonunun nasıl bir süreçle organize olduğunu belirleyip bunu hücreleri yeniden programlama ve kök hücre çalışmalarına aktarmayı deneyecekler.
Kaynak
Erez Lieberman-Aiden et al. , “Comprehensive Mapping of Long-Range Interactions Reveals Folding Principles of the Human Genome”, Science 9 October 2009, Vol. 326. no. 5950, pp. 289-293.
