Uydu DNA, kromozomların eşini nasıl bulduruyor?

İnsan ve hayvan hücrelerinde genetik bilgi iki set kromozom hâlinde durur. Üreme hücreleri oluşurken bu set yarıya iner; buna mayoz denir. Mayozda anne ve babadan gelen aynı numaralı kromozomların birbirini hücre çekirdeğinde bulup geçici olarak eşleşmesi gerekir. ETH Zurich’te yapılan bir çalışma, bu buluşma trafiğini düzenleyen beklenmedik bir işaret sistemi ortaya koydu: uydu DNA.

Uydu DNA ‘barkod’ gibi çalışıyor

Uydu DNA, DNA’nın protein kodlamayan, art arda tekrarlanan dizilerinden oluşan bölgelerdir. Uzun yıllar bu tekrarlar “çöp DNA” diye göz ardı edildi. ETH Zurich ekibi, meyve sineği Drosophila’nın dişi eşey hücrelerinde, her kromozom çiftinin kendine özgü bir uydu DNA desenine sahip olduğunu ve bu desenin bir ürün barkodu gibi işlediğini gösterdi. Bu sayede eş kromozomlar, çekirdeğin kalabalığında doğru eşlerini tanıyıp yan yana gelebiliyor.

“Uydu DNA, bir tanıma yardımcısı gibi çalışarak birbirine ait kromozomların güvenilir biçimde buluşmasını sağlıyor.” — Lena Skrutl, doktora öğrencisi, ETH Zurich

Tekini bozunca sistem idare ediyor, ikisini bozunca dağılıyor

Önceki deneylerde araştırmacılar, uydu DNA tekrarlarını yalnızca bir kromozomdan sildiğinde mayoz eşleşmesinin şaşmadan ilerlediğini görmüştü. ETH Zurich ekibi bu bulmacayı şöyle çözdü: Tek bir “barkod” bozulduğunda diğer tüm sağlam barkodlar işlediği için geri kalan çiftler hızla eşleşiyor; sonunda bozuk etiketli iki kromozom, ortada sadece onlar kaldığı için yine birbirine denk geliyor. Yani sistem, tek taraflı bozulmayı tolere edebiliyor.

Bu nedenle ekip, iki farklı kromozomdan uydu DNA “barkodlarını” aynı anda kaldırdı. İşte o zaman rehbersiz kalan iki çiftte eşleşme seçimi şaştı ve kromozomlar sık sık yanlış eşlere bağlandı. Bu sonuç, uydu DNA desenlerinin eşleşme için gerekli bir kılavuz olduğunu açık biçimde ortaya koyuyor.

D1 proteini: Moleküler ‘yapıştırıcı’

Doğru eşin tanınması tek başına yetmiyor; iki kromozomun fiziksel olarak yan yana sabitlenmesi de gerekiyor. Araştırma, D1 adlı bir proteinin bu görevi üstlendiğini gösteriyor. D1, eş kromozomlardaki uyumlu uydu DNA desenlerini tanıyor, onlara bağlanıyor ve çifti bir arada tutuyor. Desenlerden biri kısmen silinirse ya da doğal mutasyonlarla değişirse, D1 yanlış iki kromozomu birleştirebiliyor ve mayoz hataları artıyor.

“’Çöp DNA’ ifadesi artık geçerli değil. Meyve sineğinde bu tekrarların mayoz sırasında kritik bir işleve sahip olduğunu açıkça gösteriyoruz.” — Madhav Jagannathan, Biyokimya Profesörü, ETH Zurich

Türleşmeye açılan kapı

Uydu DNA, genomun geri kalanına göre daha hızlı değişiyor. Bir türün bireyleri birbirleriyle çiftleşmeye devam ettikçe bu “barkodlar” popülasyon genelinde benzer kalıyor. Ancak bir popülasyon uzun süre coğrafi olarak yalıtılırsa, her iki grupta uydu DNA desenleri birbirinden bağımsız evrimleşiyor. Yıllar sonra bu gruplar tekrar karşılaştığında kromozom “barkodları” artık uyuşmuyor; mayozda eşleşme aksıyor ve yavru oluşmuyor. Böylece tek tür, iki türe ayrılmış oluyor.

Drosophila melanogaster ile yakın akrabası Drosophila simulans arasında yapılan melezleme çalışmalarının bu tabloyla uyumlu olduğu bildiriliyor. İki türün yaklaşık iki ila üç milyon yıl önce ayrıştığı kabul ediliyor ve günümüzde melezlerde belirgin mayoz eşleşme bozuklukları gözleniyor.

İnsanlara da uzanır mı?

Bu çalışma, meyve sineğinde mayozun doğru işlemesi için uydu DNA desenleri ile D1 proteini arasındaki işbirliğini tanımlıyor. Mekanizmanın ne kadar genel olduğu ise henüz net değil. Araştırma ekibi, bunun başka türlerde de görülmesinin mümkün olduğunu belirtiyor; fakat insanların da dahil olduğu geniş bir yelpazede aynı düzenin çalışıp çalışmadığı ileride test edilmek zorunda.

• Uydu DNA: Protein kodlamayan, tekrarlayan DNA dizileri; bu çalışmada “barkod” görevi görüyor.

• D1 proteini: Uyumlu uydu DNA desenlerini tanıyıp eş kromozomları birbirine bağlayan protein.

S: Tek bir kromozomdaki uydu DNA silinince neden sorun çıkmıyor? C: Diğer sağlam “barkodlar” eşleşmeyi hızla tamamladığı için geriye kalan bozuk çift yine birbirini buluyor. İki farklı kromozomda barkod kaldırılınca sistem rehbersiz kalıyor ve hatalar artıyor.