Haberler | Penn biyologları, tekrarlayan DNA ile bağlanma proteinleri arasındaki iki yönlü genetik silahlanma yarışını ilk kez ortaya koydu
Genetik kodun derinliklerinde, büyük ölçüde göz ardı edilmiş bir moleküler çatışma yaşanıyor. Pennsylvania Üniversitesi'nden bir ekip, Current Biology dergisinde, uydu DNA olarak adlandırılan tekrarlayan genomik diziler ile bunlara bağlanan proteinlerin süregelen, iki yönlü bir evrimsel silahlanma yarışına girdiğine dair ilk deneysel kanıtı bildirdi. Bu bulgu, sözde çöp DNA'ya ilişkin geleneksel görüşlere meydan okuyor ve kanser ile kısırlık dahil sağlık sorunlarına yeni açıklamalar getirebilir.
Araştırma, Penn Sanat ve Bilim Fakültesi'nde biyoloji yardımcı doçenti olan Mia Levine tarafından yürütüldü; doktora sonrası araştırmacı Cara Brand ise birinci yazardı.
Çöp DNA değil, olası bir tehlike kaynağı mı?
Uydu DNA proteinleri kodlamaz ve uzun süre genomik gürültü ya da evrimsel bir kalıntı olarak kabul edildi. Artan kanıtlar, bu tekrarlayan dizilerin kromozom yapısı, hücre bölünmesi ve diğer yaşamsal süreçlerde önemli rolleri olduğunu gösteriyor. Düzenlemenin kaybı genomik kararsızlık, kanser ve üreme bozuklukları dahil ciddi sonuçlara yol açabilir.
“Genomu genellikle her bölümün yaşamı sürdürmek için birlikte çalıştığı işbirlikçi bir sistem olarak görürüz. Ancak bazı unsurlar bencildir: işbirliği yapmaz, hatta tüm sistemi bozabilirler,” dedi Levine.
Türler arası deney, uyumsuzluğun üreme hasarına yol açtığını ortaya koyuyor
Uydu DNA ile bağlanma proteinlerinin evrim sırasında birbirini dengeleyip dengelemediğini test etmek için ekip, yakından ilişkili iki meyve sineği türünü inceledi: Drosophila melanogaster ve Drosophila simulans. İlk türde 11 milyon baz çifti boyunca uzanan devasa bir uydu dizisi bulunurken ikinci türde bu dizi tamamen yoktur.
Bilim insanları CRISPR/Cas9 kullanarak, uyduya bağlanan MH (Maternal Haploid) proteininin Drosophila simulans genini Drosophila melanogaster'a aktardı. Değiştirilmiş sinekler hâlâ bazı embriyolar oluşturabiliyordu, ancak yumurtalıkları yetersiz gelişti, yumurta üretimi keskin biçimde azaldı ve doğurganlıkları büyük ölçüde düştü. MH geni tamamen yok olduğunda sinekler üreyemedi ve embriyolar öldü.
En önemlisi, gen aktarımı uydu DNA dizisinden yoksun bir Drosophila melanogaster mutantında gerçekleştirildiğinde tüm olumsuz etkiler ortadan kalktı ve yumurtalık gelişimi normale döndü. Bu durum, temel sorunun MH ile yabancı uydu DNA arasındaki uyumsuzluk olduğunu gösterdi.
Moleküler mekanizma belirlendi: DNA onarım yolu yanlışlıkla bozuldu
Ekip, MH proteininin insanlardaki karşılığı olan Spartan'ı inceledi. Spartan, DNA paketlenmesini engelleyen proteinleri parçalar ve MH de benzer bir role sahiptir. MH, Drosophila melanogaster'ın uydu DNA'sıyla uyumsuz olduğunda, temel onarım enzimi Topoisomerase II'yi (Top2) yanlışlıkla parçalamış olabilir; bu da DNA hasarına ve üreme işlev bozukluğuna yol açar.
Top2 ifadesinin genetik olarak artırılması doğurganlığı geri kazandırırken Top2 düzeyinin düşürülmesi hasarı ağırlaştırdı. Bu sonuç, MH ile uydu DNA arasındaki etkileşimin bir DNA onarım yolunu içerdiğini doğruladı.
Brand, “Bu onarım mekanizması mayalardan insanlara kadar bulunur ve evrim boyunca büyük ölçüde korunmuştur. Ancak proteinleri hâlâ hızla evrimleşiyor; bu da temel işlevi sürdürmek için çekirdek moleküler mekanizmaların bile sürekli güncellendiği anlamına geliyor,” dedi.
Meyve sineklerinin ötesindeki sonuçlar: İnsan genomu da benzer bir iç çatışmayla karşı karşıya olabilir
“Bu evrimsel rekabet kesinlikle yalnızca meyve sineklerine özgü değil. İnsanlarda ve primatlarda da benzer hızlı evrim görülüyor. Bu genetik çatışmaların insan sağlığı açısından son derece önemli olduğuna inanıyoruz,” dedi Levine.
Spartan mutasyonları kanserle ilişkilendirilirken düzensiz uydu DNA'sı kromozomların ayrılmasında hatalara ve embriyonik anöploidiye yol açarak düşük ve kısırlığa neden olabilir. Levine, birçok düşüğün açıklanamamış olarak kaldığını ve uydu DNA'sının genomik kararsızlığın yeterince araştırılmamış bir kaynağı olduğunu belirtti.
Ekip bundan sonra diğer genomik bölgelerin bu gizli çatışmaya katılıp katılmadığını araştıracak ve benzer mekanizmaları memelilerde yeniden oluşturmayı deneyecek.
Haberler | Penn biyologları, tekrarlayan DNA ile bağlanma proteinleri arasındaki çift yönlü genetik silahlanma yarışını ilk kez ortaya koydu
Haberler | Penn biyologları, tekrarlayan DNA ile bağlanma proteinleri arasındaki iki yönlü genetik silahlanma yarışını ilk kez ortaya koydu
Genetik kodun derinliklerinde, büyük ölçüde göz ardı edilmiş bir moleküler çatışma yaşanıyor. Pennsylvania Üniversitesi'nden bir ekip, Current Biology dergisinde, uydu DNA olarak adlandırılan tekrarlayan genomik diziler ile bunlara bağlanan proteinlerin süregelen, iki yönlü bir evrimsel silahlanma yarışına girdiğine dair ilk deneysel kanıtı bildirdi. Bu bulgu, sözde çöp DNA'ya ilişkin geleneksel görüşlere meydan okuyor ve kanser ile kısırlık dahil sağlık sorunlarına yeni açıklamalar getirebilir.
Araştırma, Penn Sanat ve Bilim Fakültesi'nde biyoloji yardımcı doçenti olan Mia Levine tarafından yürütüldü; doktora sonrası araştırmacı Cara Brand ise birinci yazardı.
Çöp DNA değil, olası bir tehlike kaynağı mı?
Uydu DNA proteinleri kodlamaz ve uzun süre genomik gürültü ya da evrimsel bir kalıntı olarak kabul edildi. Artan kanıtlar, bu tekrarlayan dizilerin kromozom yapısı, hücre bölünmesi ve diğer yaşamsal süreçlerde önemli rolleri olduğunu gösteriyor. Düzenlemenin kaybı genomik kararsızlık, kanser ve üreme bozuklukları dahil ciddi sonuçlara yol açabilir.
“Genomu genellikle her bölümün yaşamı sürdürmek için birlikte çalıştığı işbirlikçi bir sistem olarak görürüz. Ancak bazı unsurlar bencildir: işbirliği yapmaz, hatta tüm sistemi bozabilirler,” dedi Levine.
Türler arası deney, uyumsuzluğun üreme hasarına yol açtığını ortaya koyuyor
Uydu DNA ile bağlanma proteinlerinin evrim sırasında birbirini dengeleyip dengelemediğini test etmek için ekip, yakından ilişkili iki meyve sineği türünü inceledi: Drosophila melanogaster ve Drosophila simulans. İlk türde 11 milyon baz çifti boyunca uzanan devasa bir uydu dizisi bulunurken ikinci türde bu dizi tamamen yoktur.
Bilim insanları CRISPR/Cas9 kullanarak, uyduya bağlanan MH (Maternal Haploid) proteininin Drosophila simulans genini Drosophila melanogaster'a aktardı. Değiştirilmiş sinekler hâlâ bazı embriyolar oluşturabiliyordu, ancak yumurtalıkları yetersiz gelişti, yumurta üretimi keskin biçimde azaldı ve doğurganlıkları büyük ölçüde düştü. MH geni tamamen yok olduğunda sinekler üreyemedi ve embriyolar öldü.
En önemlisi, gen aktarımı uydu DNA dizisinden yoksun bir Drosophila melanogaster mutantında gerçekleştirildiğinde tüm olumsuz etkiler ortadan kalktı ve yumurtalık gelişimi normale döndü. Bu durum, temel sorunun MH ile yabancı uydu DNA arasındaki uyumsuzluk olduğunu gösterdi.
Moleküler mekanizma belirlendi: DNA onarım yolu yanlışlıkla bozuldu
Ekip, MH proteininin insanlardaki karşılığı olan Spartan'ı inceledi. Spartan, DNA paketlenmesini engelleyen proteinleri parçalar ve MH de benzer bir role sahiptir. MH, Drosophila melanogaster'ın uydu DNA'sıyla uyumsuz olduğunda, temel onarım enzimi Topoisomerase II'yi (Top2) yanlışlıkla parçalamış olabilir; bu da DNA hasarına ve üreme işlev bozukluğuna yol açar.
Top2 ifadesinin genetik olarak artırılması doğurganlığı geri kazandırırken Top2 düzeyinin düşürülmesi hasarı ağırlaştırdı. Bu sonuç, MH ile uydu DNA arasındaki etkileşimin bir DNA onarım yolunu içerdiğini doğruladı.
Brand, “Bu onarım mekanizması mayalardan insanlara kadar bulunur ve evrim boyunca büyük ölçüde korunmuştur. Ancak proteinleri hâlâ hızla evrimleşiyor; bu da temel işlevi sürdürmek için çekirdek moleküler mekanizmaların bile sürekli güncellendiği anlamına geliyor,” dedi.
Meyve sineklerinin ötesindeki sonuçlar: İnsan genomu da benzer bir iç çatışmayla karşı karşıya olabilir
“Bu evrimsel rekabet kesinlikle yalnızca meyve sineklerine özgü değil. İnsanlarda ve primatlarda da benzer hızlı evrim görülüyor. Bu genetik çatışmaların insan sağlığı açısından son derece önemli olduğuna inanıyoruz,” dedi Levine.
Spartan mutasyonları kanserle ilişkilendirilirken düzensiz uydu DNA'sı kromozomların ayrılmasında hatalara ve embriyonik anöploidiye yol açarak düşük ve kısırlığa neden olabilir. Levine, birçok düşüğün açıklanamamış olarak kaldığını ve uydu DNA'sının genomik kararsızlığın yeterince araştırılmamış bir kaynağı olduğunu belirtti.
Ekip bundan sonra diğer genomik bölgelerin bu gizli çatışmaya katılıp katılmadığını araştıracak ve benzer mekanizmaları memelilerde yeniden oluşturmayı deneyecek.
Haber kaynağı:
İnternetten derlenmiştir