Kuzey Kutup Balıklarındaki Antifriz Geninin, Kodlamayan DNA Kökenli Olduğu Belirlendi

Araştırmacılar antifriz geninin kökenini kodlamayan DNA bölgesinde buldu!
Görsel Telif: Xuan Zhuang et al., "Molecular mechanism and history of non-sense to sense evolution of antifreeze glycoprotein gene in northern gadids," PNAS (2019)

Bir okyanus dünyası ile ayrılmış olmalarına ve birbirleriyle yakın akraba olmamalarına rağmen, biri Arktik‘te diğeri Antarktik‘te yaşayan iki balık grubu, şaşırtıcı bir sağ kalma stratejisini paylaşıyor: İki grupta da dokularda aynı özel tür antifriz protein üretme becerisi evrimleşmiş. Yeni yapılan bir çalışma, Kuzey Kutbu bölgesinde yaşayan Arktik balıkların antifrizlerini üreten genin, minik kodlamayan DNA (eskiden “çöp DNA” denen dizilimler) parçalarından yapılanışının moleküler ayrıntılarını tanımlıyor.

Çalışmayı lisansüstü öğrencisi Xuan Zhuang ile yürüten Illinois Üniversitesi’nden ekip lideri Christina Cheng, “Yıllar önce, Antarktik notothenioid balıklarda antifriz glikoproteinlerin nasıl evrildiğini keşfetmiştik ve Arktik morinasında da özdeş bir versiyonun evrildiğini biliyorduk; ama aynı biçimde değil. Morina balığının bağımsız şekilde bunu tam olarak nasıl başardığı, çözülmeyi bekleyen bir bilmeceydi,” diyor. İlgili makale PNAS dergisinde yayımlandı.

Bilmeceyi çözmek için Cheng ve çalışma arkadaşları, balık ve başka omurgalı genomlarını didik didik ederek, morina balığının antifriz geninin atasal öncüsü olabilecek bir gen aradı. Bir şey bulamayınca, antifriz proteinleri üreten ve üretmeyen morina balıklarının genomlarını karşılaştırarak, iki soyun nasıl farklılaştığını anlamaya karar verdiler. Bu çabanın sonucunda araştırmacılar antifriz geninin atasını kodlamayan DNA bölgesinde, yani adından da anlaşılabileceği gibi yaşayabilir herhangi bir protein kodlamayan bir dizilim alanında buldu.

“Bu keşiften sonraki pek çok yıl boyunca, kimsenin bana inanmayacağını düşündüm; çünkü o sırada hâkim olan kafa yapısı, yeni genlerin önceden varolan protein kodlayıcı gen atalarından evrilmesi gerektiği şeklindeydi,” diyor Cheng. Sonunda araştırmacılar, morina balığının antifriz geninin nereden çıktığına ilişkin ayrıntıları bir araya getirdi. Cheng, söz konusu genin buzlu Arktik sularında yaşayan bu balıklarda gelişmesinin, görünüşte muhtemel olmayan bir dizi rastlantısal olayın sonucunda gerçekleştiğini belirtiyor.

Herhangi bir rastgele DNA dizilimi, bırakın antifriz protein gibi yaşam kurtarıcı bir proteini, yaşayabilir herhangi bir protein bile üretemez, diyor Cheng. Orijinal dizilim, DNA’dan RNA’ya yazım (protein yapımının ilk adımı) için yapıtaşlarının doğru sıralamasını içerse bile, hâlâ çok sayıda engel kalır. Belirli dizilimler, genlerin RNA’ya yazımının yapılıp yapılmayacağını veya nasıl yazım yapılacağını, nasıl düzenleneceğini ve RNA’dan proteinlere çevrimin yapılıp yapılmayacağını belirler. Morina balığındaki antifriz protein gibi salgılanan bir protein söz konusu olduğunda, sonuçta elde edilecek proteini uygunca işlemek ve hücreden dışarı yönlendirip kan akışına göndermek için ayrıca özel bir “sinyal dizilim”e de gerek olur.

Bu çalışmada, morina balığının antifriz protein geninin, çeşitli moleküler olayların bir sonucu olarak oluşmuş olduğu bulundu. Merkezinde ise küçük bir kodlamayan DNA parçası var: Nükleotit adı verilen yapı taşlarından 9 tane içeriyor ve birden fazla kez duplikasyon (ikilenme) geçirerek, yinelemelerden oluşan daha uzun bir dizi yaratıyor. Bu dizi de üç amino asitin yinelenen bir dizisini kodluyor: treonin-alanin-alanin. Bu amino asit tekrarları, kandaki buz kristallerine bağlanmak için doğru kimyasal özelliklere sahip oluyor ve kristallerin büyümesini önlüyor.

Gadid filogenisi ve AFGP gen/homolog yapıları.

Zhuang, başka bazı şanslı olayların da gen diziliminin evrimi sırasında gerçekleştiğini ekliyor. Bir DNA parçası -gen DNA’dan RNA’ya yazıldıktan sonra doğru şekilde edit edildiğinde- proteinin hücreden dışarı gönderimi için etiketleme yapan bir dizilim içerir. Rastgele bir tek-nükleotit silinmesi, genin çevriminin (translasyonun) nasıl yapılacağını değiştirerek, salınma sinyalini antifriz tekrarları bölgesi ile bağlantılandırıp, onları aynı genin parçası hâline getirir. Bir şekilde gen, yeni genin RNA’ya yazımını sağlayacak uygun kontrol dizilimini de elde etmiştir. Bu yazım sinyali, genomdaki başka bir yerden araya eklenmiş olabilir veya genin geri kalanı orijinal konumundan kalkıp, yazım sinyali içeren bir konuma göçmüş olabilir. Böyle DNA “konum değiştirme” (translokasyon) olaylarına genomun her yanında sıkça rastlanır.

Bulgular, bir hücrenin nasıl “sıfırdan yeni ve işlevsel bir gen” icat edebileceği konusunda yeni kavrayışlar sunuyor. Evrim sürecinin o kadar yaman olmadığını ve elde ne varsa onlardan bir şeyler ortaya çıktığını belirtiyor Cheng. Hücresel mekanizma sürekli olarak, işlevsel proteinler kodluyor olabilecek ve olamayacak DNA dizilimlerinin yazımını, kalitesine bakmaksızın çok sayıda üretiyor gibi görünüyor. “Bu süreç çok savurgan görülebilir ama hücre, kullanılmayan RNA’yı geri dönüştürebilir,” diyor Cheng.

RNA yazımları ancak başka bazı dizilimler de içeriyorsa proteine çevrilir. Eğer bu protein organizmaya avantaj sağlayacak olursa -örneğin buzlu Arktik sularında sağ kalmayı sağlaması gibi- karşılık gelen DNA dizilimi genomda “sabitlenir”. Sadece genomlarında o dizilimi taşıyan bireyler ortamda kalmayı sürdürecek ve yeni özelliği sonraki kuşaklara aktaracaktır.

“Yıllar süren araştırmalardan sonra, morina balığının antifriz geninin doğuşunu sonunda anladık. Bu makale, kuzey morina balığında antifriz proteinin nasıl evrildiğini açıklıyor ve bu, önceden varolan bir genle bağlantılı olan Antarktik versiyonundan bile daha büyüleyici bir mekanizma,” diyor Cheng.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv