Katalog

Yeni genlerin oluşumunda rastlantısal değişimler İlk kez 1909’da Danimarkalı botanikçi Wilhelm Johannsen, gen’in bir canlıda dölden döle geçen özellikleri belirleyen birimler olduğunu söylemiştir. Bu birimlerin fiziksel yapısı ise 1953’te DNA’nın çözümlenmesiyle anlaşılmaya başlandı. O tarihlerde DNA’daki bilginin önce RNA molekülüne ve bir sonraki aşamada proteine dönüştüğünü kabul eden “merkezi dogma” fikri ağırlıklıdır. Yani gen DNA üzerindeki bir birimdir, proteine dönüşmekte ve ancak bu şekilde “özellikler” ortaya çıkmaktadır. Gözün yeşil ya da kahverengi olması, kanın kırmızı renkte olması ya da bir çiçeğin ışığa doğru yönelmesi gibi her bir özellik gen ya da genler tarafından kontrol edilmektedir. Doç. Dr. Filiz Gürel, İstanbul Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, [email protected] Gen havuzu içinde yaşamını alelleri (kopyaları) pahasına sürdürecek biçimde davranan herhangi bir gen, tanım gereği, yaşamda kalacaktır .(R. Dawkins) onuçta, gördüğümüz tüm bu karmaşıklık gen aktivitelerinin bir ürünüdür. O nedenle genin ne olduğu üzerine çok kafa yoruldu, bugünkü genom projeleri de bu alanda fazlasıyla bilgi sağlıyor. Sorun bu bilgi yığınının nasıl tercüme edileceği. 1977’de genlere özgü çok önemli bir bulgu ortaya çıktı, buna göre bir gen bilinenin aksine sadece bir proteini şifrelemiyor, birden fazla protein molekülünün üretimine yol açabiliyordu. 1980’li yıllarda moleküler genetik alanındaki hızlı gelişme, biyoteknolojik devrimin de etkiMutasyon hayatımızın bir siyle ivme kazandı. Ve parçasıdır. Değişim ise 1993’te genetik bilimindeki değişmeyen tek gerçekdiğer önemli gelişme oldu. Toprak solucanı tir. Şimdi, eğer bu mutasCaenorhabditis elegans’ın yonlar üreme hücrelerihücrelerinde microRNA adı mizde (sperm yada yuverilen ve proteine çevrilmeyen RNA’lar bulundu. Bu, murta) oluyorsa, döllere merkezi dogma fikrine uygeçecekler ve bu da o muyordu. 2000’li yıllarda geözelliklerin aynen bizim nomik çalışmalar sürerken genin tanımındaki belirsizlik yavrularımıza da geçmevarlığını korudu. Bugün için, siyle sonuçlanacaktır. gen DNA üzerinde belirli bir yerleşimi olan genomik dizidir; bu dizi dölden döle geçer ve diğer DNA dizileriyle ilişki halindedir. yonların bazı genlerde yüksek, diğer bazılarında ise düşük oranda olduğu gibi ilginç bir gerçeği ortaya çıkardı. Örneğin, DNA’yı sararak koruyan bazı proteinleri şifreleyen genlerde az miktarda mutasyon olurken, kan pıhtılaşmasında rol oynayan diğer proteinlerde yüksek oranda değişimlere rastlandı. Hücre bazı genlerini korumakta, bazılarında ise değişime tolerans göstermektedir. madığını gösterecekti. Örneğin insan ve timsah arasındaki farklılaşma, globin genlerine göre yaklaşık 270 milyon yıl olarak hesaplandı. Fosil kayıtlarına göre bu süre 300 milyon yıldır. Dolayısıyla ? globin dizileri, 2 türün ayrımında oldukça doğru bir kayıt tutmuştur. Genel olarak bakıldığında istisnalar olmasına karşın diğer canlılardaki ß–globin dizi farklılıkları, fosil kayıtları ile tutarlı çıkmıştır. YENİ GENLER NASIL OLUŞUYOR? Temel olarak yeni bir gen, önceden varolan bir genin kendini kopyalayarak ikilenmesi (duplikasyon) sonucu oluşabiliyor. Genoma baktığımızda birçok genin tek bir protein üreten bireysel DNA dizileri olmadığını, daha çok aynı fonksiyonla ilişkili büyük bir aile şeklinde bulunduklarını görüyoruz. Bu çokgenli ailelerin bazıları aynı kromozomda bazıları ise farklı kromozomlarda rastgele dağılmıştır. Gen ikilenmesi, doğrudan yeni bir genin oluşumu ile eşanlamlı değildir. Gen kopyaları oluştuğunda çeşitli ihtimaller söz konusu. Birincisi yeni kopya yalancıgen’e (psödogen) dönüşebilir, yani türediği gen ile DNA dizi benzerliği vardır, ancak “fonksiyonel” değildir. Bir çeşit “ölü” gen olan bu yalancıgenlerde fonksiyonların yitimi, yine çeşitli mutasyonlarla olur. İkilenmiş genin kaderine ilişkin ikinci olasılık, kopyanın “yedek” ya da orjinal özellikle bağlantılı bir proteini üretmeye başlamasıdır. Son olarak, bu kopya tamamen farklı bir özelliğe yol açabilir. Günümüzde genlerdeki bu değişimlerin nasıl ve ne kadar sürede gerçekleştiğini anlamak için farklı genomlar karşılaştırılarak inceleniyor ve matematiksel yaklaşımlar geliştiriliyor. Örneğin, 2000 yılında 8 canlının genomu ele alınarak milyon yıldaki gen başına ikilenme oranı hesaplandı. Ancak, gen ikilenmesi genlerin oluşumundaki tek mekanizma değil, o nedenle hesaplamalarda problemler doğdu. Yeni genin oluşumunda diğer olasılık, “retropozisyon” adı verilen bir olaydır. Burada bir (mesajcı) RNA molekülü rastlantısal olarak DNA şekline dönüşüp herhangi bir genom bölgesine girer. Retropozisyonlar yeni gen fonksiyonlarının ortaya çıkmasında “tohumlar” gibidir ve yalancıgenler gibi kör uçlar oluşturmazlar. Yeni bir bölgeye giren bu dizi, yakınındaki komşu bölgelerle birlikte “kimerik” bir protein ürün oluşturmaya başlayabilir. Bu yolla yeni bir özelliğe yol açabilecek fonksiyonel genler ortaya çıkmış olur. Retopozisyona örnek olarak ilk kez hominid soyhattında belirmiş olan PMCHL1 ve PMCHL2 genleri verilebilir. Fonksiyonları henüz bilinmese de bu genlerin Melanin biriktirici hormon (MCH) geninden retropozisyonla oluştukları saptandı. Bu tipteki yeni genlerin tespit edilmesi, insanı diğer primatlardan farklılaştıran genetik unsurların anlaşılmasını sağlayabilir. S GENLERDEN GEN AİLELERİNE Yeni genlerin adım adım oluşumuna önemli bir örnek, kana kırmızı rengini veren hemoglobin proteinlerini şifreleyen genlerdir. Hemoglobin tüm canlılarda üzerinde en fazla çalışılmış proteinlerden biridir. Görevi akciğerlerde (yada solungaçlarda) oksijeni bağlamak, onu dokulara taşımak, orada oksijeni serbest bırakıp karbondioksiti bağlayarak akciğerlere geri getirmek ve vücuttan atılmasını sağlamaktır. Kısaca hemoglobin “oksijenli solunum” yapmamızı sağlayan yegane proteindir ve onu kodlayan gen canlıya bu özelliği kazandırmıştır. Bizler oksijene bağımlı canlılarız. Hemoglobin proteini birçok omurgalı canlıda bulunur ve genellikle 4 parçadan oluşur. Bu parçalardan ikisi ?globin, diğer ikisi ß globin gen grupları (gen ailesi) tarafından şifrelenir. Son çalışmalar gösterdi ki, bu gen grupları, aslında tek bir genin kopyalanarak çoğalmasıyla oluştular. Kopyalanma sırasında orijinal gen aynı fonksiyonu sürdürmeye devam etmiş, türevlenen kopyalarda ise mutasyonlar birikmiş ve bir süre sonra yeni bir fonksiyon kazanmışlardır. Örneğin insandaki ßhemoglobin gen grubu 11. kromozom üzerinde bulunan toplam 6 genden oluşur. Bu genler ise 200 milyon yıllık bir süreçte atasal tek bir genden kopyalanarak oluştular. Bu atasal gen, globin genidir. Yüksek canlılarda globin geni kopyaları zamanla gelişimin değişik aşamalarında çalışmaya başladı ve farklı oksijen bağlama kapasitesi kazandı. Bu genlerin her biri embriyoda, fetüsde ve olgun bireyde farklı miktarda oksijen taşıyan proteinleri şifrelemeye başladı. Böylece, omurgasız hayvanlarda tek bir globin geni bulunurken, omurgalılarda globin gen aileleri çeşitlendi. Peki, globin genlerindeki bu değişim ve yapılanma uzun zaman sürecinde nasıl gerçekleşti? Bu soruya yanıt bulabilmek için araştırmacılar çok sayıda canlı türünden alfa globin proteinlerini elde edip daha ayrıntılı incelediler. Bir proteinin yapı taşı olan amino asit (aa) moleküllerinin dizi sıralamasına baktılar. Babundan, köpekbalığına kadar pek çok türün ? globinleri karşılaştırıldığında ilginç bir sonuçla karşılaştılar. Amino asitlerdeki değişimlerin sayısı zamanla sabit bir şekilde artmıştı. İkinci adım olarak, bu proteindeki farklılaşma ile türlerin fosil kayıtlarındaki evrimleşme sürelerini karşılaştırdılar. Bu karşılaştırma proteinin değişim oranı ile iki farklı canlının birbirinden ayrılma sürecinin paralel olup ol GENLERDEKİ MUTASYON Genlerimiz hücrelerimizin yönetim merkezi olan çekirdekte hapsolmuş DNA molekülü üzerinde bulunur. Uzun bir kolyenin üzerindeki aralı boncuklar gibidirler. İşte bu uzun DNA zincirimiz güneşten gelen UV ışınları başta olmak üzere çeşitli mutajenlerin (mutasyon etmeni) etkisine açıktır. Öyle ki metabolizmanın ürettiği bazı moleküller dahi DNA’ya saldırarak onu bozabilir. İşte bu bozulma DNA’da rastgele değişimlerle sonuçlanır. Mutasyon hayatımızın bir parçasıdır. Değişim ise değişmeyen tek gerçektir. Şimdi, eğer bu mutasyonlar üreme hücrelerimizde (sperm yada yumurta) oluyorsa, döllere geçecekler ve bu da o özelliklerin aynen bizim yavrularımıza da geçmesiyle sonuçlanacaktır. Bu özellikleri belirleyen genlerde mutasyon olmasa dahi, doğa onları karıştırarak döllere aktarmaktadır. Buna, tekrarbirleştirme anlamında “rekombinasyon” diyoruz. Böylece doğan hiçbir çocuk anababasının özelliklerini tıpatıp aynı olarak almıyor. Tekrar mutasyona dönersek, son çalışmalar mutas GENLERDE FONKSİYON DEĞİŞİMİ Son olarak, hareketli (mobil) DNA elementlerinin genlerin içine girerek fonksiyonları değiştirdiği belirlendi. Omurgalılarda bu durumda olan 200 den fazla gen vardır. Yakın örnek, primat genomlarındaki Alu elementleridir ki bunlar bir çeşit hareketli DNA’lardır. Örneğin insanda hücre zarındaki bir proteini şifreleyen DAF (Decay accelerating faktörü) genine bir Alu parçası girmiştir. Bu genin ürünü olan orijinal protein %90 oranında üretilirken; Alu parçasının girmesi sonucu oluşan alternatif bir ürün de oluşur. Bu yeni ürünün biyokimyasal özellikleri değişmiştir ve artık zarda değil hücrenin içinde yerleşim göstermeye başlamışlardır. Gözünüzdeki kristalin proteinleri olmadan bu yazıyı oku CBT 1179/14 23 Ekim 2009