Sıçrayan Genler: Evrimsel Yolculuğumuzdaki Kilit Oyuncular
İnsan DNA’sı bir ip gibi uzatıldığında 1,5 metre boyunda 3 milyar bazdan oluşan bir zincirdir. Ancak bunun sadece %2’ye yakın bir kısmı protein kodlar. DNA’nın geriye kalan kısmı düzenleme görevine sahiptir. Bazıları çeşitli RNA’ları kodlar, bazılarının ne iş yaptığını bilmeyiz. Bazıları da oradan oraya sıçrar. Bu yazımızda sıçrayan genler, diğer adlarıyla transpozonlardan bahsedeceğiz.
Çağlayan Taybaş/Sinirbilim
Sıçrayan Genler Nedir?
Sıçrayan genler adından da anlaşılabileceği üzere DNA’nın içinde bir bölgeden diğer bölgeye hareket edebilen elementlerdir. İlk olarak Cold Spring Harbor Laboratuvarı’nda Barbara McClintock tarafından keşfedildiler. Sıçrayan genler ilk keşfedildiğinde herkes tarafından şüpheyle karşılandı ancak neredeyse her organizmada bulunduğunda araştırmacılar ikna oldu. Bugün DNA’mızın neredeyse yarısına yakın bir kısmının transpozonlardan oluştuğunu biliyoruz.
Literatürde sıçrayan genler (jumping genes) olarak anılmalarına karşın bu DNA dizileri gerçekte protein kodlamazlar. Protein kodlayan genlerin işleyişini kontrol etmekten ve düzenlemekten sorumludur. Yakın zamana kadar transpozonların işlevleri hakkında çok fazla bilgi sahibi değildik. Gerçi hala daha çok şey bildiğimiz söylenemez. Ancak şunu kesin olarak biliyoruz ki bu elementler normal genlerin işleyişini bozabiliyor. Bu da onları evrimsel süreçte önemli bir oyuncu haline getiriyor. Bilim insanları sıçrayan genler ve bazı hastalıklar arasında bağlantılar arıyorlar.
Evrimsel Bir Uyum Mekanizması
Sıçrayan genler bakterilerde sıkça kullanılan elementlerdir. Bu DNA dizileri sayesinde bakteriler çevresel direnç kazanabilirler. Örneğin antibiyotikli bir ortamda bakterilerin çoğu ölür ama bazıları transpozonlar sayesinde hayatta kalabilir. İnsanları enfekte eden virüs ve bakteriler de sıçrayan genler sayesinde hücrelerimize ve DNA’mıza sızabilirler. Ökaryot hücrelerin bazı savunma mekanizmaları vardır ama patojenler buna karşı da silahlar geliştirdiler. Virüs ve bakterilerden gelen bazı sıçrayan genler DNA’mıza yerleşmiş ve yüz binlerce yıldır orada duruyorlar. Genetik çeşitlilik açısından transpozonlar büyük önem taşır.
Araştırmacılar transpozonların ne kadar geçmişe gittiğine baktığında ilk olarak 600 milyon yıl önce evrimleştiklerini tespit ettiler. En azından o tarihe kadar izlerini sürebildik. İlk sıçrayan genler ilk defa Giardi lamblia adlı çok ilkel bir parazit türünde tespit edildi. Dünya tarihinde memeliler sahneye çıktığında sıçrayan genler hemen orada da görüldü. Tam tarihi bilmiyoruz ama yaklaşık olarak 12 ila 40 milyon yıl önce transpozonların memelilerde ortaya çıktığı düşünülüyor.
Transpozonların Görevleri
Milyonlarca yıl önce memelilerde evrimleşen transpozonların insan evrimine nasıl bir yol çizdiği çok net değil. Elimizde bazı ipuçları, hipotezler var ama daha kesin şeyler söylemek için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor. Bilim insanları primatların karmaşık beyin yapısının oluşmasında transpozonların bir rolü olabileceğini düşünüyor. Her canlının kendine özgü bir zekâsı var ama primatlar bu konuda birkaç adım daha öndeler. Özellikle insanın zihin yapısı bütün canlıların üstünde yer alıyor. Bu üstünlüğü ve farklılığı yaratan da DNA’mızın yarısını oluşturan sıçrayan genler olabilir.
Araştırma tekniklerinin gelişmesi ve teknolojik yenilikler sıçrayan genler hakkında daha fazla bilgi edinmemizi sağladı. Transpozonların plasenta gelişiminde kritik rol oynadığı ve erken embriyonik gelişimde gen ifadesini düzenlediği keşfedildi. Bu transpozonların bazıları ise bizi enfekte etmeye çalışan virüslerden miras kaldı. Örneğin, HERVK adlı transpozonun 200.000 yıl önce bizi öldürmeye çalışan bir retrovirüsten geldiği düşünülüyor. Retrovirüsler genetik materyal olarak RNA taşırlar. Konak hücreye RNA’larını aktarırlar ve bu RNA’dan önce DNA sentezleyip ardından ihtiyacı olan proteinleri üretirler. Retrovirüsün RNA’sından DNA sentezlendiğinde bazen genetik materyal litik sürece girip kendini konak DNA’sı ile birleştirebilir.
Virüslere Karşı Savunma
HERVK transpozonu embriyonun ilk zamanlarında aktif hale gelir ve hiçbir virüs yokken bile hücrede antiviral yanıt oluşmasını tetikler. Sıçrayan genler bu gibi özellikleri sayesinde hücrelerin virüslere karşı olan direncini artırabilir. Evrimsel açıdan oldukça faydalı bir özellik. Embriyonun bağışıklık sistemi olmadığı için anneden gelen bütün patojenlere karşı savunmasızdır. Transpozonlar bu aşamada çok kritik bir rol oynuyor olabilir.
Bağışıklığın yanında beyin gelişimi ve işlevlerinde de transpozonların çok önemli görevleri vardır. Örneğin bir transpozon düzenleyici bir RNA kodlar. Beynin normal bir şekilde gelişmesi için bu RNA’nın doğru şekilde kodlanması gerekir. RNA’nın yapısındaki çok küçük bir baz değişikliği bile 3 boyutlu yapısını değiştirerek hiçbir işe yaramamasına neden olabilir. Eğer bu transpozonda mutasyon olursa infantil ensefalopati görülür.
Sıçrayan Genler ve Hastalıklar
Sıçrayan genler hem aynı kromozom üstünde hem de farklı kromozomlar arasında gezinebilirler. Bazı durumlarda kendilerini bir bölgeden “kesip” başka bir bölgeye “yapıştırırlar”. Bazen ise “kopyala-yapıştır” yöntemini tercih ederler. Transpozonların sıçraması eşey hücrelerinde gerçekleşirse genetik materyalin yeni şekli bir sonraki nesle de aktarılacaktır. Bu tür durumlar 20 ila 1.000 doğumda bir gerçekleşir.
Uslu uslu oturduğu yerden ayrılan bir transpozonun nereye gideceği çok önemlidir. Eğer başka bir genin promoter bölgesine yerleşirse o genin faaliyetini azaltabilir veya sonlandırabilir. Promoter RNA polimeraz enziminin ilk tutunduğu yerdir. DNA’dan RNA üretiminin başlaması için en kritik yerlerden biri promoter dizisidir. Böyle vakalarda nörodejenerasyon, bazı kan hastalıkları gibi metabolik, kalıtımsal sorunlar görülebilir.
Transpozonlar ve kanser arasında şimdiye kadar anlamlı bir ilişki kurulamadı. İnsan genomu düşündüğümüzden çok daha karmaşık bir yapıdır. Sürekli yeni şeyler öğreniyoruz ve her seferinde şaşırıyoruz. Sıçrayan genler yapbozun sadece bir parçası. Kendini tekrar eden DNA dizileri, diğer düzenleyici DNA elementleri gibi daha pek çok DNA dizisi birbiriyle etkileşim halinde yaşamı oluşturuyor.
Hazırlayan: Çağlayan Taybaş
www.sinirbilim.org/sicrayan-genler
