Texas A&M Üniversitesi ve Texas AgriLife Araştırma'dan bilimciler, Serrate adı verilen tek bir proteinin, sıçrayan genleri kontrol etmede nasıl ikili rol oynadığına ilişkin bir keşif yaptı. Çalışmanın ayrıntıları, Developmental Cell dergisinde yayımlanan bir makalede özetlendi.

Transpozon adıyla da bilinen sıçrayan genler, 1940'lı yıllarda mısır bitkisi üzerinde çalışan Barbara McClintock tarafından keşfedildi. Bu genler, genom boyunca konumlarını değiştirebilir yani sıçrayabilir ve genom DNA'sının büyük bir kısmını teşkil eder. İnsan genomu için bu oran %40 civarında olup, bazı bitkilerde ise %90'a ulaşır.

Ekipten Dr. Xiuren Zhang, uzun yıllar boyunca transpozonların işe yaramaz yani "çöp" DNA olduklarının düşünüldüğünü hatırlatıyor. Ancak yakın zamanda durumun böyle olmadığı, transpozonların gen düzenlemede ve evrimsel süreçte önemli roller oynadığının anlaşıldığını ekliyor.

Arabidopsis model organizması üzerinde yıllardır Serrate'nin işlevlerini inceleyen ekibin bir diğer üyesi Dr. Zeyang Ma, hiç beklemedikleri bir bulguya ulaştıklarını anlatıyor. MikroRNA ve haberci RNA işlenmesindeki göreviyle bilinen Serrate'nin, sıçrayan genlerin ifade edilmelerinin düzenlenmesinde de rol alışı onu şaşırtmış.

Çalışma kapsamında, Serrate protein komplekslerini yalıtan araştırmacılar, komplekslerde ATXR5/6 olarak bilinen proteinlerin bulunduğunu fark etti. Bunlar, transpozonların da dahil olduğu DNA'nın yuvası denebilecek kromatine H3K27me1 işaretini ekleyen enzimlerdi. Dr. Ma, H3K27me1'in transpozon ifadelenmesini baskılayacak şekilde davrandığını söylüyor. Yani ne kadar çok H3K27me1 işaretlenirse, sıçrayan genler o kadar az ifade ediliyor. Bundan dolayı, ATXR5/6 genlerinden yoksun olan bitkilerde transpozon ifade düzeyi artıyor.

Bu bilgiyi elde ettikten sonra, araştırmacılar Serrate geninin bir mutasyonu barındıran bir bitki kullanarak, H3K27me1 işaretinin genom çapında düzeyini inceledi. Serrate mutantında bu işaretin kromatinde düştüğünü gördüler; bu da Serrate'nin H3K27me1 işaretini eklemek için ATXR5/6'yı artırdığı ve transpozon yazımı yapılmasını sınırlandırdığı anlamına geliyordu. Serrate geninden yoksun olan bitkilerde transpozon yazımlarının epeyce birikmesinin beklenebileceğini söyleyen Ma, ekip üyeleri transpozon yazımlarının düzeyini ölçtüğünde, herhangi bir artış görmemelerinin onları çok şaşırttığını vurguluyor. Bunun yerine, bitkilerde aynı anda ATXR5/6 ve Serrate genleri eksik olduğunda, transpozon ifadesi yine kapatılmış durumda oluyordu.

Bu paradoksu çözmek için bilimciler, Serrate'nin H3K27me1 işaretleri eklemede ATXR5/6 enzimatik etkinliğini artırmanın yanı sıra, başka bir rolünün daha olması gerektini ileri sürdü. Birkaç potansiyel adayı izledikten sonra, RDR6'yı tespit ettiler. RDR6 proteini, yazım yapılır yapılmaz transpozon yazım miktarını düşürebilen bir proteindir. Bu düzenleme yolağına "yazım sonrası gen susturma" adı da verilir. Bilimciler RDR6 mutasyonunu, Serrate ve ATXR5/6 genleri olmayan bitkilere koyduklarında, transpozon yazımlarının yine epeyce biriktiğini fark etti; sadece ATXR5/6 genleri eksik olan bitkilerde gözlemlendiği gibi. Bunun anlamının, Serrate'nin transpozon yazımlarını RDR6 tarafından susturulmaktan koruduğu olduğu söylenebilir.

Sonuç olarak, tek bir protein, hedefin net miktarını kontrol etmek için farklı düzenleme adımlarında bütünüyle karşıt işlevlere sahip olabiliyor. Dr. Ma, şöyle anlatıyor: "Eğer transpozonların işlevine yakından bakarsanız, bu gayet mantıklı geliyor. Çünkü hem önemliler, hem de ifadelenme düzeyleri artarsa konağa zarar verebiliyorlar. Transpozon genlerinin, az ama olmazsa olmaz ifadelenme için dengelenmiş kuvvetler tarafından sıkı kontrol edilmesi gerekiyor. Bitkinin gen ifade düzeyinde ince ayar yapmak için tek bir protein kullandığı güzel ve zarif doğal tasarımdan hâlâ çok etkileniyorum."

Zhang, Serrate'nin ve onun homologu olan arsenik direnç geni 2'nin bitki ve insan biyolojisinde yaşamsal bir rolü olduğunu söylüyor. Bitkilerde, Serrate yokluğu güdüklüğe, şekli bozuk yaprağa ve çevresel gerilimlere verilen yanıtların değişmesine yol açıyor. İnsanlarda, ARS2 nakavtı (gen nakavtı, genin işlevinin bozulması) embriyonun ölmesine yol açarken, ARS2 ifadesinin değişmesi ise kemik iliği ve nöral kök hücre bozuklukları ile bağlantılıdır.

Serrate ile transpozon susturulması arasında bir bağlantı kurulması, bu alanda önemli bir ilerleme olmasının yanı sıra, uzun vâdede insan hastalıkları ile mücadelede ve tarımsal özelliklerin iyileştirilmesinde yeni fikirlerin geliştirilmesini sağlayabilir.