EVRİM MEKANİZMALARI (10): Transpozonlar

[Φ GeceKuşu]

EVRİM MEKANİZMALARI: EVRİM NASIL GERÇEKLEŞİR?

Transpozonlar

***

Başlarken;

Bundan öncesinde aşağıda linkleri verilen 'Evrim Mekanizmaları'nın en önemlilerini aktardık.

 

EVRİM MEKANİZMALARI (1): EVRİM NASIL GERÇEKLEŞİR?

EVRİM MEKANİZMALARI (2): Doğal Seçilim

EVRİM MEKANİZMALARI (3): Yapay Seçilim.

EVRİM MEKANİZMALARI (4): Cinsel (Seksüel) Seçilim

EVRİM MEKANİZMALARI (5): Akraba Seçilimi

EVRİM MEKANİZMALARI (6): Gen Akışı (Göç)

EVRİM MEKANİZMALARI (7): Genetik Sürüklenme

EVRİM MEKANİZMALARI (8): Mutasyonlar (Değişinim)

 

Geçen yazımızda Evrim'i tetikleyen mekanizmalar arasında bulunan minör mekanizmalardan bahsedeceğimizi açıklamıştık. Bu mekanizmaların doğada çeşitlilik yaratmak için çok önemli olduğunu ve mutasyonların Evrim'in çeşitlilik açısından muhtaç olduğu tek mekanizma olmadığını belirtmiştik.

 

İlk olarak EVRİM MEKANİZMALARI (9): Gen Değişimi (Crossing-Over) Başlığında Gen Aktarımı, ya da Crossing-over'ı tanıttık. Bu yazımızda da sizlere bir diğer önemli değişim ve çeşitlilik mekanizması olan Transpozonlardan bahsedeceğiz.

 

***

[Φ GeceKuşu]

EVRİM MEKANİZMALARI: EVRİM NASIL GERÇEKLEŞİR?

Transpozonlar

***

GİRİŞ:

 

Transpozonlar, tek bir hücrenin içerisinde bulunan ve sıklıkla bulundukları yerden koparak farklı bölgelere "sıçrayan" gen parçalarıdır. Transpozonal Sıçramalar, transpozonal bölgelerin önce kendilerini kopyalayıp, sonra bu kopyaların sıçraması şeklinde olabileceği gibi; gen parçalarının olduğu gibi, bulundukları yerden koparak yeni bir yere yerleşmeleri şeklinde de olabilir. (bilgisayardaki "Kes/Yapıştır" işlemi gibi düşünebilirsiniz) Örneğin aşağıdaki görselde, sarı-turuncu-sarı renklerle gösterilen transpozonal element, kendisini kopyalayarak karşı tarafa sıçramış ve normalde birleşik olan mor gen diziliminin ortasına yapışmıştır:

 

 

Transpozonal sıçramalar gerçekten çok önemli bir Evrim Mekanizması'dır, çünkü hem fenotipi kökten değiştirebilecek mutasyonlara sebep olabilirler, hem de genom büyüklüğünün değişmesini sağlayabilirler. Özellikle ökaryotik hücrelerde, genom büyüklüğü üzerinde çok ciddi etkileri vardır. Çünkü bir transpozon, kendini kopyalayıp hem kendisini, hem de kopyasını DNA üzerinde farklı bölgelere yapıştırabilir. Bu şekilde, genomun büyümesine sebep olur. Eğer bu değişim, canlıya avantaj sağlarsa, gelecek nesillere de aktarılır. Böylece uzun evrimsel süreçte canlıların genom büyüklükleri değişir. Buradan da, transpozonların Evrim açısından önemini anlayabiliriz. Bu önemli mekanizma, 1993 yılında Barbara McClintock tarafından keşfedilmiş ve keşif ve kaşif, Nobel Ödülü ile ödüllendirilmiştir.

 

***

[Φ GeceKuşu]

EVRİM MEKANİZMALARI: EVRİM NASIL GERÇEKLEŞİR?

Transpozonlar

***

Yukarıda açıkladığımız gibi, iki çeşit transpozon bulunur:

 

A-) Birinci Sınıf Transpozonlar

 

Birinci Sınıf Transpozonlar, ya da bir diğer adıyla Retrotranspozonlar, kendilerini kopyalarlar ve bu kopya DNA üzerinde bir diğer noktaya sıçrayıp yapışabilir. Bunun için öncelikle DNA'dan transkripsiyon mekanizması ile küçük DNA segmentleri üretilir; daha sonra bu RNA kullanılarak, geri transkripsiyon yöntemi ile DNA sentezlenir (retrovirüsler ve retrotranspozonlar, Merkezi Dogma isimli kuralı bozan elementlerdir). Üretilen bu retrotranspozon, tıpkı retrovirüsler gibi davranabilir. DNA'dan kopabilir, DNA üzerindeki farklı bir bölgeye yapışabilir ve hatta kimi durumda hücrenin dışına çıkarak bir diğer hücrenin DNA'sına yapışabilir. Bu durumda bir plazmid gibi davrandığını düşünebiliriz; ancak bunu bir sonraki yazımızda açıklayacağız. Temel olarak transpozonların HIV virüsü gibi davranabildiğini düşünebilirsiniz.

 

Retrotranspozonların da üç alt grubu keşfedilmiştir:

 

1) Viral Retrotranspozonlar, RNA'dan DNA sentezleyebilecek "geri transkriptaz" enzimlerini kodlarlar. Genetik yapılarında uzun bitiş tekrarları (long terminal repeat) bulunur. Tıpkı retrovirüslere benzerler. Yaklaşık 100-5000 baz çifti uzunluğunda olabilirler. İnsan genomunun yaklaşık %8'i ve fare genomunun yaklaşık %10'unu oluştururlar. Bu alt gruba ait iki tip keşfedilmiştir: alglerden kapalı tohumlu bitkilere, açık tohumlu bitkilere kadar pek çok canlıda bulunan Ty1-copia retrotranspozonları ile yine çok sayıda canlıda keşfedilmiş olan Ty3-gypsy retrotranspozonları.

 

2) Uzun Serpiştirilmiş Nükleotid Elementleri (LINE: Long Interspersed Nucleotide Elements) isimli diğer grupta da, tam boyda olanlarında geri transkriptaz enzimleri bulunur ve RNA'dan DNA sentezleyebilir. Ayrıca hemen hepsinde endonükleaz enzimleri de taşıya rak çoklu-nükleotit dizilerinin orta bölgelerindeki fosfodiester bağlarını kırabilir. Ancak uzun bitiş kodlarını taşımaz ve RNA polimeraz II enzimi aracılığıyla çoğalırlar. İnsan genomunda yaklaşık 500.000 farklı LINE bulunur, bu da genomun %17'si eder. Bunlardan yaklaşık 7.000 tanesi tam boydadır ve geri transkripsiyon yapabilir.

 

3) Kısa Serpiştirilmiş Nükleotid Elementleri (SINE: Short Interspersed Nucleotide Elements) ise 500 baz çiftinden kısa boya sahip transpozonlardır. RNA polimeraz III enzimiyle salgılanan tRNA, rRNA gibi parçaların geri transkripsiyonuyla üretilir. Üzerlerinde fonksiyonel geri transkriptaz enzimleri bulunmaz ve sadece farklı bölgelere sıçrayarak, orada halihazırda salgılanmış enzimleri kullanarak kendilerini kopyalayabilirler. İnsan genomunun %11'ini oluştururlar. Büyük bir kısmı hurda DNA olarak görülse de (yani Evrimsel süreçte işlevini yitirmiş genlerse de), halen bir kısmı işlev görebilmektedir.

 

***

[Φ GeceKuşu]

EVRİM MEKANİZMALARI: EVRİM NASIL GERÇEKLEŞİR?

Transpozonlar.

***

B-) İkinci Sınıf Transpozonlar.

 

İkinci Sınıf Transpozonlar, ya da diğer adıyla DNA Transpozonları, ilk sınıfın aksine kendilerini kopyalamazlar ve olduğu gibi yer değiştirirler. Bu transpozonların sıçramaları transpozaz isimli enzimlerle sağlanır. Bu enzimlerin bir kısmı, transpozonların DNA'nın sadece belirli bölgelerine bağlanmasını sağlayabilirken, bir diğer kısmı DNA'nın hemen her bölgesine bağlanmayı sağlayabilir. Temel olarak enzimin yaptığı, transpozonal parçayı DNA üzerinden keserek, iki ucunda "yapışkan" olarak isimlendirdiğimiz parçalar bırakmaktır. Bu "yapışkanlık", elbette kimyasal çekim gücünden ibarettir; yani bu uçlar bir an önce bağlanmak isterler. DNA polimeraz ve DNA ligaz enzimleri sayesinde sıçradıkları yer doldurulur. Bu işlemler sırasında mutasyonlar meydana gelme ihtimali de çok yüksektir. Kimi zaman bu tip transpozonların da kendilerini kopyaladıkları görülmüştür.

 

Bu iki sınıf transpozon da, evrimsel süreçte kendilerini kopyalama özelliklerini yitirebilirler; ancak sıçrama özelliklerini yitirdikleri bir duruma hiç rastlanmamıştır; çünkü zaten bir gen parçasını "transpozon" yapan, kendisini DNA üzerinden koparabilecek enzimleri salgılayabilmesidir. Bildiğiniz gibi DNA'nın tek görevi, üretilecek enzimlerin ve proteinlerin dizilimini saklamaktır. İşte transpozonların üzerlerinde kodlanan dizilim ise, kendilerini bulundukları yerden koparıp başka bir yere sıçratacak enzimlerdir. Ayrıca transpozonların sıçrama yeteneklerini kaybetmemelerinin bir diğer sebebi, etraftaki transpozonların enzimlerini kullanarak da sıçrayabilmeleridir.

 

Pek çok türde, yüzlerce farklı transpozonal gen keşfedilmiştir. Bunların hepsine burada girmeyi gereksiz görüyoruz. Ancak bir fikir vermesi adına, Zea mays türünde Ac/Dc transpozonları; Drosophila melanogaster türünde P elementleri ve Mariner-benzeri elementler; Homo sapiens türünde Alu dizilimleri; Mu fajının kendisi; Saccharomyces ceravisiae türünde Ty1, Ty2, Ty3, Ty4 ve Ty5 transpozonları bunlara birkaç örnektir.

 

Transpozonların mutajen (mutasyona sebep olucu) olduklarını hatırlatmakta fayda görüyoruz. Çünkü bir transpozon, genellikle sıçradığı bölgedeki işlevsel geni, işlevsiz hale getirecektir. Ayrıca transpozon eğer sıçramadan önce kendisini kopyalamadıysa, boşalan yerden ötürü bu gen de işlev göremeyebilecektir. Ya da transpozonun kendisi işlevselse, kendisini kopyalaması ve farklı yerlere yapıştırması, işlevinin kat kat görülmesine sebep olabilecektir. Yapılan araştırmalarda transpozonların hemofili, Ağır Bileşik Savunma Yetersizliği (SCID), poriferi, kanser, Duchenne kas distrofisi gibi hastalıklara sebep oldukları görülmüştür.

 

***

[Φ GeceKuşu]

EVRİM MEKANİZMALARI: EVRİM NASIL GERÇEKLEŞİR?

Transpozonlar

***

Transpozonların evrimsel süreçte nasıl oluştukları hala bir merak konusudur; ancak gün geçtikçe çözülmektedir. Yapılan araştırmalara göre, transpozonların tıpkı retrovirüsler gibi, tüm canlıların ortak atası olan koaservatlardan itibaren var oldukları düşünülmektedir. Kimi bilim insanı ise, en baştan beri var olan bu yapıların, evrimsel süreçte bağımsız olarak birkaç defa daha evrimleştiğini düşünmektedir. Çoğu transpozon, bilim insanları tarafından "bencil DNA parazitleri" olarak değerlendirilmektedir. Yani transpozonlar, DNA'yı kullanarak kendilerini çoğaltırlar ve hücrenin kaynaklarını kullanırlar; ancak çoğu zaman bulundukları hücreye zarar verirler. Öte yandan çok güçlü bir varyasyon yaratıcısıdırlar.

 

İlginç bir şekilde, doğada bazı canlılar, özellikle de bazı bakteriler, transpozonların genomlarını bozmalarını engelleyecek bazı mekanizmalar evrimleştirmişlerdir. Örneğin bazı bakterilerde bulunan RNAi (RNA Interference) kullanarak sıçrayan transpozonları yok ederler. Ökaryotik canlılarda da benzer savunma mekanizmaları gelişmiştir. İnsan genomundaki transpozonların bir kısmı uyku halindedir ve hücrenin salgıladığı enzimler sayesinde hareket etmeleri engellenir. Bilimde buna "Uyuyan Güzel transpozon sistemi" denmektedir. Ne var ki, insan da dahil olmak üzere her canlı evrim geçirdiği için, kimi durumda bu "uyuyan" transpozonlar uyanmakta ve yeniden aktif olmaktadır. Örneğin insanda Tc1/mariner-benzeri transpozonunun milyonlarca yıllık bir uykudan sonra yeniden aktif olduğu keşfedilmiştir.

 

Transpozonlar, günümüzde medikal uygulamalarda da kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle gen terapisinde kullanılan transpozonlar, dışarıdan gen eklenerek istenilen şekilde manipüle edilmektedir.

 

Tüm bunlardan görülebileceği gibi, Evrim'in sıradığı pek çok mekanizması vardır. Ancak en küçük boyuttan, en büyük boyuta kadar canlılara baktığımızda, her yerde Evrim'in izlerini görmemiz mümkündür. Bu ilginç gen parçaları da bize Evrim hakkında önemli bilgiler vermektedir.

 

***

Bu yazımızda da sizlere bir diğer önemli değişim ve çeşitlilik mekanizması olan Transpozonlardan bahsettik.

 

Bir sonraki "EVRİM MEKANİZMALARI (11): Plazmidler." başlığında, sizlere Evrim'in çok önemli bir diğer değişim ve çeşitlilik mekanizması olan Plazmidlerden bahsedeceğiz.

 

***