Ana sayfa 130. sayı Cansızdan canlıya geçişi RNA ribozime mi borçluyuz?

Cansızdan canlıya geçişi RNA ribozime mi borçluyuz?

791
PAYLAŞ

Çeviren: Başak Övül

Scripps Araştırma Enstitüsü (TSRI) biliminsanları, bir test tüpünün içinde, doğal evrim sürecini taklit etmeye çalışırken, yaşamın başlangıcını anlamak konusunda çok önemli rol oynamış olabilecek benzersiz bir özelliğe sahip bir enzim elde ettiler. Yaşamın başlangıcını açıklamakta yeni bir yol oluşturmanın yanında bu gelişme, yeni ve faydalı moleküller oluşturabilmek için de güçlü bir araç haline gelebilir.

TSRI Kimya, Hücre ve Moleküler Biyoloji Bölümü profesörü, Novartis Araştırma Vakfı Genomik Enstitüsü Yöneticisi ve Nature dergisinde yayımlanan çalışma raporunun başyazarı olan Gerald F. Joyce, “Genelde insanlar böyle bir enzimin var olabileceğinden bahsettiğimizi düşünüyorlar, ama gerçekten bu molekülü yaptık” diyor.

Yeni keşfedilen bu enzim, ribonükleik asitten (RNA) oluştuğu için ribozim olarak adlandırıldı. DNA temelli yaşam biçimi, daha basit bir RNA dünyasından evrimleşmiş gibi görünüyor ve biliminsanlarının bir kısmı RNA moleküllerinin enzimatik özellikleri sebebiyle dünya üzerindeki ilk kendi kendini kopyalayabilen materyal olduğundan şüpheleniyorlar.

Yeni keşfedilen ribozim şu şekilde çalışıyor: Orijinal RNA zincirini referans olarak kullanarak bu zincirin bir kopyasını oluşturuyor. Ancak kendisinin tıpatıp aynısı olan bir kopya oluşturmuyor. Bunun yerine, sanki sol elimizden sağ elimiz oluşturulmuş gibi, kendisinin ayna yansıması şeklinde bir zincir oluşturuyor. Sonuçta da bu “sol-el” ribozimi orijinal zincirin kopyalarının oluşmasına yardımcı oluyor.

Daha önce bu şekilde çalışan bir enzim bulunmamıştı. Bu enzimlerin ilkel RNA dünyasında var olduğu düşünüldüğünde, ki yeni çalışmaların ışığında bu ihtimalin inanılırlığı artıyor, hayatın başlangıcını anlamakla ilgili temel sorunlardan birine çözüm bulunmuş olabilir.

Biyolojinin gelişimine bakıldığında, her molekül sınıfı içerisinde, tek taraflı kiralitenin moleküllerin seçiliminde baskın geldiğini görüyoruz. Örneğin, neredeyse bütün RNA’lar sağ-elliler ve D-RNA olarak adlandırılıyorlar. Bu yapısal benzerlik moleküller arası etkileşimin daha verimli olmasını sağlıyor, aynı iki sağ veya sol elin el sıkışmasının, bir sağ bir sol elin el sıkışmasından daha kolay olması gibi. “Biliminsanlarına genellikle öğretilen, biyoloji yasalarının işlemesi için etkileşim halinde olan moleküllerin arasında ortak bir kiralite olması gerektiğidir” diyor Joyce. Ancak, ilkel dünyadaki RNA moleküllerinin, hem sağ taraflı hem sol taraflı molekülleri içerdiği tahmin ediliyor. Joyce, 30 yıl önce, lisans eğitimini tamamladığı dönemde, Nature’da yayımladığı makalesinde, bu düşüncesinin aksine, kendi kendini kopyalayabilen moleküllerin karışım oluşturmasının kolay olmadığını belirtmiş. Herhangi bir RNA zinciri, boşta olan nükleotidlerden kendi zıtlarını çekerek ancak kendi zıt taraflı zincirini oluşturabilir, ki bu durum da kopyalanma işleminin sona ermesine sebep olur. “O zamandan beri hepimiz RNA replikasyonunun ilkel dünyada nasıl başladığını anlamaya çalışıyorduk” diyor Joyce.

Zayıf bir bağ

Teorilerden birine göre, sağ-elli RNA enzimleri kopyalanma işlemini gerçekleştirebiliyor ve zıt taraflı sol-elli L-RNA moleküllerini yok sayıyor. Joyce ve diğerleri, laboratuvarda oluşturdukları ribozimleri incelediklerinde, RNA’nın eğiliminin diğer RNA’larla çift oluşturmak olduğunu gözlemlemiş; ki bu özellik çeşitli hücresel fonksiyonlarda avantaj sağlamaktadır ve bu şekilde diğer RNA moleküllerinin kopyalayıcı olarak çalışması da engellenmiş olur. Gerçekte, RNA kopyalayıcı ribozimler, bazı RNA dizilimleriyle uyumlu çalışırlar, ancak hepsiyle değil. Genel bir RNA enziminin, üzerinde çalıştığı RNA üzerinde daha az etkisi olmaktadır. “Daha sonra evrimleşen DNA ve RNA sentezleyen protein enzimleri bu şekilde çalışır, nükleik asit olmadıklarından, kopyaladıkları nükleik asitlerle asit-baz çiftleri oluşturmazlar” diyor Joyce.

Ama nasıl bir RNA enzimi, RNA tarafından sınırlanan ilkel dünyada bu şekilde çalışabilir?

Karşıt taraflı-sağ ise sol, sol ise sağ- RNA ile çalışabilir, çünkü bu durumda kimyasal olarak konjuge asit-baz oluşturması engellenmiş olur. Joyce “Biraz garip gelse de, bazen bir başkasının yanlış elini sıkabilirsiniz” diyor.

“Test tüpü evrimi”

Daha önce hiç kimse zıt kiralitede, yani karşıt taraflı RNA üzerinde çalışan bir ribozim yapmayı denememişti. Ama bu yeni çalışmada, Joyce’un laboratuvarında postdoktorasını yapan Jonathan T. Sczepanski, “test tüpü evrimi” adı verilen bir teknik kullanarak başarılı oldu.

Başlarken, yaklaşık olarak bir katrilyon kısa RNA molekülünden oluşan bir karışım kullanıldı. “Düzeneği, moleküllerin bir sol-elli RNA ile reaksiyon vereceği şekilde kurduk ve böylece sol-elli RNA, daha sonra çözeltinin içinden çekilerek genişletilebildi” diyor Sczepanski.

10 kez bu işlem tekrar edildikten sonra, araştırmacılar, ribozim oluşturmaya çok yakın bir molekül elde ettiler. Daha sonra anlamlı kısmını genişleterek, 6 kez daha aynı işlemden geçirdiler ve gereksiz nükleotidleri çıkarttılar. Sonuç, doğru bir şekilde bir sol-elli RNA’nın belirli bir bölümünü oluşturabilen 83 nükleotidli bir ribozimdi ve bu işlemi, herhangi bir enzimin yokluğunda olacağından milyon kat daha hızlı gerçekleştiriyordu.

Ayrıca ekip, bu yeni ribozimin aynı taraflı RNA moleküllerinin varlığında da sorunsuz çalışabildiğini gösterdi. Yapılan son testte, yeni ribozim bir sağ elli RNA’nın 11 bölümünün sol-elli karşılığının oluşturulmasını başarıyla katalizledi.

Şu an araştırmacılar, sağ-elli ribozomu daha fazla işlemden geçirerek, RNA’nın tamamının dizilimden bağımsız olarak replikasyonunu gerçekleştirebileceği duruma getirmeye çalışıyorlar. Bu işlemler, enzimi gerçek bir RNA replikasyon enzimi haline getirecek. “Sonuç, insanların istediği enzimi, laboratuvarda serbest bırakması ve onun replikasyona, evrimleştirmeye başlaması ve sonuçlarının gözlemlenmesidir” diyor Joyce.