1984 yılında ABD hükümetinin kabul etmesiyle başlayan İnsan Genom Projesi, farklı ülkelerden kurumların ortak çalışmalarıyla yürütülen en büyük ve çarpıcı biyoloji projesi olmuştur. Resmi olarak 1990’da başlayan ve 14 Nisan 2003’te tamamlanan proje bilim dünyasında elde edilen en büyük zaferlerden biri olarak kabul edildi. Ne var ki insanların hayatın gizemlerini anlayabileceklerini düşündükleri bu proje daha birçok gizemi beraberinde getirmişti. Proje neticesinde bilim insanlarını hayrete düşüren çarpıcı sonuçlardan biri insanların gen sayısı ile ilgiliydi. İnsan genomunun dizilenmesinden önce birçok bakteri ve virüsün genomunu dizilenmişti. Bu çalışmalara dayanarak insanların çok yüksek sayıda gene sahip olması bekleniyordu ama elde edilen sonuç sadece 20 bin civarındaydı (C- Değeri Muamması) [2].
Üstelik insan genomunun dizilenmesi, protein kodlamayan DNA dizilerinin genomun %98’lik kısmını oluşturduğunu da ortaya çıkarttı ve bilim dünyasını ikinci defa şaşırttı. Sadece %2’lik protein kodlayan Kısıma anlam verebilen bilim insanları geri kalan %98’lik Kısıma Çöp DNA adını verdiler. Peki genomun bu kadar büyük bir parçası olan Çöp DNA nedir?
RNA kodlayabilen ve kodlanan RNA aracılığı ile protein sentezine temel basamak olan DNA dizileri dışında kalan dizilere Çöp DNA denir. Çöp olarak nitelendirilmesinde sadece protein sentezinde rol almamaları değil aynı zamanda tekrar eden dizilerden oluştukları için genomu hasara uğratmaya çok meyilli olmaları da sebep olmuştur. Her ne kadar bu diziler çöp olarak adlandırılsalar da genomun %98’ini oluşturmaları nedeniyle bilim insanlarında hep bir şüphe uyandırdı ve “Çöp DNA Aslında Çöp Olmayabilir mi?” sorusuna yanıt aranmaya başlandı.
Şekil 2. Kodlamayan DNA Bölgelerinin Gösterimi [3].
ABD Michigan Üniversitesi’nde yapılan çalışmalarda Çöp DNA’nın protein kodlamasa da protein kodlayan genlerin kodlanmasını kontrol ettiğini buldular. Kromozomların hücre içinde birbirlerine tutunmalarını sağlaması gibi özelliklerinin de keşfedilmesiyle aslında hücre için ne kadar önemli olduğu anlaşılmaya başlandı [4]. Diğer çalışmalarda ise Çöp DNA’nın tekrarlı dizilerinin hücre bölünmesi sırasında meydana gelen Krossing Over olayına etki edebildiği keşfedildi. Bu etki sonucunda kromozomda fazladan dizilerin oluşması veya olması gereken dizilerin kaybı gibi sorunlar meydana gelebiliyor. Bundan dolayı da Carcot-Marie-Tooth, Friedreich’s ataksisi ve Frajil X sendromu gibi kalıtsal hastalıklara yol açabiliyor [5].
Prof. Yukiko Yamashita ve ekibi Çöp DNA’nın neden nesilden nesile korunduğunu merak ettiler ve hücrelerin bu DNA olmadan nasıl olacaklarını gözlemlemeye çalıştılar. Uydu DNA (Satellite DNA) adı da verilen Çöp DNA’nın hücrede çok yoğun olarak bulunmasından dolayı ekip, onu hücreden izole etmek yerine diziye bağlanan D1 proteinini çıkarttılar. Kromozomları bir arada tutmak için Uydu DNA’ya bağlanan bu protein, meyve sineğinden (Drosophila Melanogaster) çıkarıldıktan sonra gamet hücrelerinin öldüğü gözlemlendi. Ekip aynı deneyi fare modeli üzerinde de uyguladı ve aynı sonucu elde etti [4].
Şekil 3. Uydu (Çöp) DNA’ya bağlanan D1 proteini [6].
Bir grup araştırmacı ise 42 baz çifti uzunluğundaki VNTR2-1 adı verilen bir bölgeyi incelediler ve bu bölgenin kanserli hücreden silinmesiyle telomeraz enziminin çalışmasının önlendiğini fark ettiler. Telomerazlar, kendini tekrarlayan DNA parçaları olan telomerleri üretirler. Telomerler kromozom uçlarında yer alırlar ve hücre bölünmesi sırasında kromozomları korurlar. Her hücre bölünmesinde boyları kısalan telomer bölgeleri, telomeraz enzim aktivitesinden dolayı kanser hücrelerinde kısalmazlar. Araştırmacılar, yaptıkları çalışma neticesinde kanser hücrelerine ölümsüzlük kazandıran bu durumun VNTR2-1 bölgesinin silinmesiyle ortadan kalkabileceğini düşündü ve fareler üzerinde yaptıkları çalışmada tümör büyümesinin durduğunu gözlemlediler [7].
Çöp DNA’nın yeni gen fonksiyonları üretilmesi ve genom çeşitlendirilmesinde de evrimsel bir gücü olduğu düşünülmüştür. Cinsiyet kromozomlarının evriminde ilk aşamalarda başlayan Çöp DNA birikim potansiyeli araştırılmıştır. Y kromozomunun X kromozomu ve otozomlara göre daha fazla tekrarlayan dizilerden türetilen heterokromatine sahip olduğu keşfedilmiştir. Tekrarlayan dizilerin birikmesi kromozom kırılmalarına neden olduğu bilindiğine göre X ve Y kromozomu arasındaki boyut farklılıklarının sebebinin Çöp DNA olabileceği ortaya çıkarılmıştır [8].
İnsan Genom Projesi’nin de getirdiği etki ile beraber Çöp DNA, uzun yıllardır genetik araştırmaların odak noktası olmuştur. Bilim insanları, bu DNA’nın işlevi ile ilgili bu zamana kadar bazı önemli sonuçlar elde etse de hala içinde açıklığa kavuşmayı bekleyen birçok sır var. Bakalım Çöp DNA bize daha neler öğretecek!
KAYNAKÇA:
Erişim Adresi: https://tr.pinterest.com/pin/372884044124120235/(Erişim Tarihi: 04.03.2022)
Freeling, M., Xu, J., Woodhouse, M., Lisch, D. (2015). A Solution to the C-Value Paradox and the Function of Junk DNA: The Genome Balance Hypothesis. Molecular Plant. http://dx.doi.org/10.1016/j.molp.2015.02.009
Erişim Adresi: https://www.tipacilar.com/kodlamayan-dna/ (Erişim Tarihi: 04.03.2022)
Jagannathan, M., Cummings, R., Yamashita, Y, M. (2018). A Conserved Function for Pericentromeric Satellite DNA. eLife. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.34122.001
Ölçer, S. (2016). Çöp DNA. Bilim ve Gelecek.
Erişim Adresi: https://www.lsi.umich.edu/news/2018-04/scientists-discover-role-%E2%80%98junk%E2%80%99-dna (Erişim Tarihi: 04.03.2022)
Xu, T., Cheng, D., Zhao, Y., Zhang, J., Zhu, X., Zhang, F., Chen, G., Wang, Y., Yan, X., Robertson, G., P., Gaddameedhi, S., Lazarus, P., Wang,S., Zhu, J. (2021). Polymorphic tandem DNA repeats activate the human telomerase reverse transcriptase gene. Proceedings of the National Academy of Sciences. 118 (26): e2019043118 DOI: 10.1073/pnas.2019043118
Matsunaga, S. (2009). Junk DNA Promotes Sex Chromosome Evolution. Heredity. 102(6):525-6. DOI:10.1038/hdy.2009.36