DNA molekülü, hücrenin çekirdeğine, kromatin adı verilen yapılar şeklinde güzelce sıkıştırılmış durumda bulunur. İplik, minik histon makaralarına sıkıca sarılmıştır. Tek bir insan hücresinde, bu şekilde sarılmış 2 metre uzunluğunda DNA bulunur.

Ancak hücresel mekanizmanın, sık sık DNA'nın içerdiği genomik bilgiye erişmesi gerekir. Protein sentezinin gerçekleştirilmesi için genlerden haberci RNA'lara yazım yapılmalıdır. Dahası, hücre bölünmeleri öncesinde tüm DNA'nın kopyasının çıkarılması ve DNA hasarlarının onarılması da gereklidir. Bu nedenle, DNA sürekli olarak açılıp, işlem sonunda da yeniden paketlenir. Bu süreçte rol alan araçların ve sürecin işleyişinin belirlenmesi için yapılan araştırmalardan ikisini özetleyelim.

Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi Ekibi

LMU araştırmacıları, DNA'yı paketleyen ve açan proteinlerden oluşan bir moleküler makinenin içsel işleyişini açığa çıkardı. Hücresel mekanizmanın genoma erişmesi gerektiğinde, kromatin modelleyiciler (İng. remodeler) devreye girer. Bu moleküler makineler, nükleozom makaralarını ileri-geri kaydırarak, DNA bölümlerini açar ve sarar. Gen erişimini sağlayan bu kromatin modelleyiciler, hücre kimliğinin belirlenmesine de yardımcı olur; çünkü hücre tiplerini belirleyen, ifade ettikleri gen kümeleridir. Dolayısıyla gelişim ve hücre farklılaşması için kritik önemdedirler.

İşlevsel modelleyiciler çoğunlukla çok büyük kompleksler olup, çok sayıda farklı protein bileşenden oluşurlar. Bileşenlerin koordineli eylemi, onların moleküler makineler olmalarını sağlar. Ayrıntılı yapılarını belirlemek de bu nedenle pek kolay değildir.

Prof. Karl-Peter Hopfner liderliğindeki araştırmacılar, 15 altbirimden oluşan nükleozom kaydırıcı modelleyici INO80'in 3D yapısını ortaya çıkarmak için kryo-elektron mikroskobisi kullandı. INO80 ile bir nükleozom arasında oluşan kompleksin rastgele yönelimli açılardan alınmış görüntülerini çözümleyen ekip, aradaki etkileşimi ve mekanizmanın işleyişini açığa çıkarmayı başardı. Çalışmanın ayrıntıları, Nature dergisinde yayımlanan bir makalede özetlendi.

Biyokimyasal bir bakış açısından, modelleyiciler ağır düzenleme görevlerinden sorumludur. Bu görevleri yerine getirmek için büyük ölçekli değişiklikleri hatasız olarak gerçekleştirmeleri gerekir. Nükleozomların konumlarını değiştirmek amacıyla, INO80 kompleksinin önce nükleozomal histonlar ile DNA arasındaki bağlantıları gevşetmesi gerekir. INO80 kompleksinin bir parçası olan bir moleküler motor, çift sarmallı DNA'yı nükleozomdan bölüm bölüm ayırır. Bunu yaparken, normalde DNA'nın histon parçacığı çevresinde sıkıca sarılı kalmasını sağlayan bağlantıları kırarak ilerler. Geçici bir çift sarmallı DNA ilmeği oluşur. Kompleksin diğer altbirimlerinin de farklı görevlerle desteklediği açma işleminin ardından gereken erişim sağlanır ve DNA yeniden paketlenir.

Penn State Üniversitesi Ekibi

Araştırmacılar, DNA'nın paketini açan özelleşmiş proteinleri sistematik olarak belirleyebilen yeni bir yöntem geliştirdi. Yöntemi geliştiren ekip, söz konusu proteinlerin ortak özelliklerini de tanımladıkları makaleyi Molecular Cell dergisinde yayımladı.

Ekibin kıdemli üyesi Lu Bai, genomun çekirdeğe çok iyi sıkıştırılmış durumda olmasının, bir erişim meselesini gündeme getirdiğine dikkat çekiyor. Histonların etrafına sarılarak boncuk gibi yapılar oluşturan DNA'nın, protein sentezi amacıyla RNA'ya yazımı için sarımlarının açılması gerekir. Hücreler bu iş için "nükleozom yer değiştirme araçları" (İng. nucleosome-displacing factors) kullanır. Bu etkenlerin görüntülenmesi ve değerlendirilmesi için genel bir yöntemden, bu çalışmaya dek yoksun olduklarını belirtiyor Bai.

Nükleozom yer değiştirme araçları, özel bir tür yazım aracıdır; gen ifadesini kontrol etmek için DNA'nın bağlanma bölgeleri denilen belirli dizilimlerine bağlanan proteinlerdir. Ayrıca hayvan hücrelerinde öncü faktörler olarak bilinirler.

Ekip, nükleozomların yer değiştirmesini sağlama becerilerine dayalı olarak, çok sayıda yazım faktörünün hızlı ve ucuz şekilde görüntülenip, kategorize edilmesini sağlayan bir yöntem geliştirdi. Bu yöntemde, yazım faktörü bağlanma bölgeleri nükleozomlara yapay olarak ekleniyor ve hangi faktörlerin nükleozomların varlığını azaltabildiği inceleniyor. Bilimciler bu yöntemle hem yeni, hem de daha önceden bilinen nükleozom yer değiştirme araçları tanımladı.