Bilim insanları, DNA'mızın sürekli değişen ortamlarımıza hızlı adaptasyon için yeni genler oluşturmak üzere genetik bir ileri sarma düğmesini nasıl kullanabileceğini keşfetti.
Finlandiya'nın Helsinki Üniversitesi'nden araştırmacılar, DNA replikasyon hataları üzerine yaptıkları bir araştırma sırasında, bazı tek mutasyonların palindromlar ürettiğini, yani geriye ve ileriye doğru aynı şekilde okunduğunu buldular. Doğru koşullar altında bunlar mikroRNA (miRNA) genlerine dönüşebilir.
Bu küçük, basit genler diğer genlerin düzenlenmesinde önemli bir rol oynuyor. Pek çok miRNA geni evrimsel tarihte uzun süredir mevcuttu, ancak bilim insanları primatlar gibi bazı hayvan gruplarında aniden yepyeni miRNA genlerinin ortaya çıktığını keşfetti.
Yeni çalışmanın baş yazarı biyoinformatikçi Heli Mönttinen, "Yoktan yeni genlerin ortaya çıkması araştırmacıları büyüledi" ifadesini kullandı.
"Artık RNA genlerinin evrimi için zarif bir modelimiz var."
Bu son derece verimli gen yaratma yöntemine izin veren hatalara şablon değiştirme mutasyonları (TSM'ler) deniyor. TSM ile ilişkili miRNA oluşturma süreci, yeni işlevsel proteinlerin evrimleşme sürecinden çok daha hızlıdır.
Proje lideri ve biyoinformatikçi Ari Löytynoja, "DNA her seferinde bir baz kopyalanır ve tipik olarak mutasyonlar, bir dizüstü bilgisayar klavyesindeki yanlış basışlar gibi hatalı tek bazlardır" diyor.
"Başka bir bağlamdan kopyalayıp yapıştırmak gibi daha büyük hatalar yaratan bir mekanizma üzerinde çalıştık. Özellikle metni geriye doğru kopyalayan ve böylece bir palindrom oluşturan durumlarla ilgilendik."
Tüm RNA molekülleri, molekülü çalışma şekline kilitleyen tekrar eden baz setlerine ihtiyaç duyar. Ekip, son derece kısa olan ve yaklaşık 22 baz çiftinden oluşan mikroRNA genlerine odaklanmayı seçti.
Ancak basit mikroRNA genleri için bile, rastgele baz mutasyonlarının yavaşça bu tür palindromik koşular oluşturma şansı çok düşüktür.
Bilim insanları bu palindromik dizilerin nereden geldiği konusunda şaşkındı. TSM'lerin hızla tam DNA palindromları üretebildiği ve daha önce kodlamayan DNA dizilerinden yeni mikroRNA genleri oluşturduğu ortaya çıktı.
"Bir RNA molekülünde, bitişik palindromların bazları eşleşebilir ve saç tokasına benzeyen yapılar oluşturabilir. Bu tür yapılar RNA moleküllerinin işlevi için çok önemlidir" diyor biyoteknolog Mikko Frilander.
Birçok primat ve memelinin tam genomları halihazırda haritalanmış durumda. Araştırmacılar bu genomları özel bir bilgisayar algoritması kullanarak karşılaştırarak hangi türlerin mikroRNA palindrom çiftine sahip olduğunu bulabildiler.
Mönttinen, "Geçmişin ayrıntılı bir modellemesiyle, tüm palindromların tek mutasyon olayları tarafından oluşturulduğunu görebildik" diye açıklıyor.
Aşağıdaki diyagram süreci güzel bir şekilde göstermektedir. DNA replikasyonu, tarif listesindeki her bir baz çiftinden geçmeye başladığında, bir mutasyona veya hatalı baz çiftine rastladığında durur.
Replikasyon daha sonra bitişik şablona atlar ve bu talimatları geriye doğru kopyalamaya başlar.
Replikasyon orijinal şablona geri döndüğünde, bu bir saç tokası yapısında kendisiyle eşleşebilen küçük bir palindrom oluşturur.
DNA replikasyonu sırasında şablon değiştirme, tek bir mutasyon olayının DNA'da yeni bir miRNA geni için mükemmel yapıyı oluşturmasını sağlar. Bu, bireysel yapı taşlarıyla meydana gelebilecek yavaş ve kademeli değişikliklerden çok daha etkilidir.
Primat soy ağacında, insanlarda en az 18 yepyeni miRNA genine yol açabilecek bu yapılardan 6.000'in üzerinde bulundu. Bu, primatların ilk ortaya çıkışından bu yana ortaya çıktığı düşünülen tüm miRNA'ların yüzde 26'sına tekabül ediyor.
Evrimsel çizgileri kapsayan bu gibi bulgular, evrensel bir miRNA geni oluşturma mekanizmasına işaret ediyor ve ekip, sonuçların diğer RNA genlerine ve moleküllerine de uygulanabileceğini düşünüyor.
İnsan sağlığını potansiyel olarak etkileyebilecek yeni mikroRNA genlerinin ortaya çıkması nispeten kolay görünüyor. Primatlarda antiviral yanıtı etkileyen hsa-mir-576 gibi TSM ile ilişkili bazı miRNA'lar halihazırda işlevsel önem göstermiştir.
Yazarlar, "miRNA genlerine dönüşebilen birçok TSM varyantı insan popülasyonları arasında ayrışıyor," diye yazıyor ve "bu da TSM sürecinin şu anda aktif olduğunu ve genomlarımızı şekillendirdiğini gösteriyor."
