Ana sayfa Bilim Gündemi ‘Evrimimizin kalıcı parçası’ Transpozonlar: Sıçrama molekülleri yeni nesle nasıl aktarılır?

‘Evrimimizin kalıcı parçası’ Transpozonlar: Sıçrama molekülleri yeni nesle nasıl aktarılır?

520
PAYLAŞ

Gülseli Kırgıl

Bir canlının oluşumu sırasında iki biyolojik ebeveynin genetik materyali, her bir ebeveynin genetik kodunu taşıyan yeni bir biçimi var etmek üzere birleşir. Bu bildiğimiz, süregelen bir durumdur. Bilmediğimiz şey, bu süreçte var olan üçüncü bir unsurdur. Bu unsur; bu sürece kendiliğinden dahil olan, varlığı yaşamsal sayılan bir otostopçudur: Transpozonlar!

‘İçinde ihtişam barındıran’ bir dünyaya yolculuk!

“Transpozon” veya “Transposable element”; genomumuzda gizlenen hareketli parçacıkların, dolayısıyla da bahsi geçen otostopçuların adıdır. Bu DNA sekansları genomun içinde hareket edebilmekte ve bu sayede genomunda bulunduğu canlıya zarar verebilmektedir. Bu duruma en bilinen örnek, genomda çeşitli değişimlere neden olması nedeniyle birçok hastalığın kapısını aralaması olsa da; yıllarca hemofili ve başlıca kanser türleri ile ilişkilendirilen transpozonlar, aslında bizlere “içinde ihtişam barındıran” bir dünyanın kapılarını açıyor.

Dünyanın en önemli sitogenetikçilerinden kabul edilen, aynı zamanda bir başka Evrimsel Mekanizma olan “Crossing Over”ın da keşfini gerçekleştiren Nobel Fizyoloji ve Tıp ödülü sahibi Barbara McClintock tarafından ilk defa deneysel olarak gözlenen transpozonlar, hastalıklarla ilişkili olmalarının yanında varlıkları ve hareketleriyle yüz binlerce yıldır doğanın en muhteşem gerçeğini şekillendiriyor: Evrim!

Transpozonlar; genetik materyalde bulunan, zaman zaman ve bir başka mekanizmaya bağlı olmadan kromozomlar üzerinde bir bölgeden başka bir bölgeye sıçrayabilen DNA dizilimleridir. Transpozonların varlığı ve hareketi ise yüzyıllardır Evrim’i şekillendiren en temel mekanizmalardan biri olarak karşımıza çıkıyor. Ancak şimdiye kadar yapılan çalışmalarda, transpozonların bu değişimi bir sonraki nesile doğru nasıl aktardığı ve bu sürecin bir sonraki nesilde nasıl devam ettiği araştırılmamıştı. Bilim insanları ilk kez, yeni varlıklara dönüşecek olan embriyolar ile geleceğe “sıçramak” için hedefe transpoze olan hücrelerin varlıklarını gözlemledi.

Çalışmayı yürüten Zhao Zhang, “Sıçrama genleri, oositler olarak adlandırılan gelişmekte olan yumurta hücrelerinin genomuna tercihen dahil olan istilacı ürünlerin üretilmesi için hemşire hücrelerini kullanır” diyor.

‘Savunmacı strateji’: piRNA’lar

Bu noktada; transpozonların varlıklarını ve hareketlerini anlamak için, transpozonların işlevi ve ilişkileri hakkında daha fazla bilgi vermek için hareketli elementlerle ilgili Carnegie Science Center’dan Zhao Zhang ve ekibi tarafından yürütülen araştırmaya bakalım. Teoride, transpozonların vücutta kontrolsüz bir şekilde çalıştırılmasına izin verilmişse, bunlar sadece ölen genetik hatalarla sonuçlanır. Fakat bu yol üzerinde bir yerde hayvanlar savunmacı bir strateji geliştirdiler: Transpozonların kendilerini iyi bir şekilde transkribe etme yeteneklerini sınırlayan bir dizi RNA molekülü. “piRNA” olarak bilinen bu savunmayı geçmeyi başaran transpozonlar bulunsa bile, genellikle bu durumdaki elementler transpoze edilmiyor ve genom makul bir biçimde sabit tutuluyor.

Meyve sinekleri üzerinde yapılan araştırmayla daha önce hiç sorulmamış bir soruya yanıt aradıklarını ifade eden Zhang, özellikle yeni nesli oluşturan hücrelere odaklandıklarını söyleyerek şunları kaydediyor: Çalışmamızda yapmak istediğimiz şey, tek hücreli çözülmeye ulaşmaktır!

Bu noktada Zhang ve ekibi; transpozonların, hücrelerin farklı bir doku parçasındaki varlığını bulmak yerine, hücreler boyunca bireysel bazda nasıl hareket ettiklerini izledi. Bunu yapmak için, belirli bir piRNA türünü kapattılar ve “atlama hücreleri”,  genin iki germ hücresinden (her bir ebeveynden birinden gelen) geliştikçe onların nasıl hareket ettiklerini izlediler. Bu sayede, “Retrotransposonlar” olarak bilinen bazı atlama genlerinin, gelişmekte olan yumurtalar için protein ve RNA gibi genetik kaynakları üreten “hemşire hücrelere” dayanmakta olduğunu keşfettiler. Buna göre; “Retrotransposonlar”ın bir kısmı yumurtaya geçiyor, burada yüzlerce hatta binlerce kez dönüşerek transpozonları oluşturmak üzere farklılaşıyor.

Evrimin, bütün boyutları ile görülebildiği canlılık ağacı. Yeni paradigmaya göre hazırlanan bu ağaçta arke ve ökaryotlar, bakterilerle birlikte evrimsel olarak paylaştıkları son ortak ata olan LUCA’dan sonra bir ortak atayı daha paylaşıyor.

Bu araştırma bize transpozonların garip dünyasına yeni bir bakış açısı ve kendilerini evrimimizin bu kadar kalıcı bir parçası haline getirmiş olmaları konusunda yeni bilgiler sunuyor. Cornell Üniversitesi’nden Moleküler Biyolog Cedric Feschotte ,araştırmanın içinde bulunmamasına rağmen “Bu çalışma, transpozonların karmaşık yaşamını ortaya koyuyor” diyor ve transpozonların göz kamaştırıcı dünyasının ortaya çıkarılmasının önemini vurguluyor. Elbette yapılacak daha çok iş var ama bu yeni araştırma, “genetik otostopçular”ın yola devam etmek için kullandıkları zarif bir stratejinin varlığını ortaya koyuyor.

Transpozonlar, canlı genomu üzerinde hareket eden genom parçalarıdır. Hareketleri sayesinde canlı genomunda yeni düzenlemelere neden olurlar. Neden oldukları değişim ve ortaya çıkan mutasyonlar sebebiyle en önemli Evrimsel Mekanizmalar’dan biri kabul edilirler.

Kaynak

1) https://www.popsci.com/transposon-reproduction-nurse-cell