Ekle-Sil (Indel) Tipi Mutasyonlar, Evrimi Nasıl Etkiliyor?

Mutasyonların en yaygın görülen türlerinden birisi ekleme-silme (insertion-deletion) tipi mutasyonlardır ve kısaca ekle-sil (indel) olarak bilinirler. Bu tür mutasyonlar kimi zaman çok kıymetli varyasyonların popülasyona dahil olabilmesini sağlasa da, çoğu zaman silici ve zararlı etkiler yaratmaktadır. Çok sayıda mutasyon türünden sadece bir tanesi olan bu mutasyonlar, aynı zamanda evrimsel analizleri karıştırmaları ve zorlaştırmaları bakımından da evrimsel biyologların baş belalarından birisidirler.

Indeller, genellikle evrimsel analizlerde türler arası ayrışma (türleşme) miktarını arttırıcı bir etkiye sahiptirler. Ancak bu artış sunidir (yapaydır), dolayısıyla genellikle evrimsel analizlerde indel tipi mutasyonlar tespit edildikten sonra bu kıyaslamadan ayrı tutulurlar. Bunu şöyle açıklayabiliriz: Normalde filogenetik araştırma yaplırken, iki dizi yanyana konur ve hizalanır. Sadece hizalanabilen, karşı karşıya gelebilen nükleotidler dikkate alınır, aradaki boşluklar analize nadiren dahil olunur. İnsan ve şempanzede hizalanabilen nükleotidlerin %1.24'ü farklıdır, bu değer gorillerle %1.64, oranguanlarla %3 küsur, rhesus ise %6 küsura ulaşacaktır. Ancak indeller dahil edildiğinde sonuçlar değişecektir. İndeller neden daha büyük farka yol açmaktadır?

Bunu anlamak için öncelikle, ani ve büyük değişimler yaratan mutasyonların çoğunun zararlı olduğu ve popülasyondan kısa sürede elendiği anlaşılmalıdır. Ancak hemen her canlının genomunun sadece çok küçük bir kısmı protein kodlamaktadır (örneğin insanda %3-5 civarında). Geri kalan kısım ise ya evrimsel süreçte körelmiş ve işlevini yitirmiş genlerden, ya da protein kodlayan genleri düzenleyici genlerden oluşmaktadır. Bu "kısmen işlevsiz" ya da "hurda" olarak bilinen genomda meydana gelecek ani mutasyonlar, genellikle fenotipe (canlının görünümüne) etki etmez. Dolayısıyla burada bol miktarda mutasyon sorunsuz olarak birikebilir. Eğer ki bu mutasyonlar evrim analizine katılacak olursa, yapay ve abartılı bir türleşme hızı görülecektir. Ancak aslında canlılar o kadar hızlı türleşmez; o mutasyonların sayıca artıp birikebilmesinin tek yolu, mutasyonların ani etkiler yaratamayacakları noktalarda öbeklenmesidir. İşte bu sebeple evrimsel analizlerde nükeotitler yan yana dizilip kıyaslanacakken, indeller göz ardı edilir.

Indellerin kolaylıkla birikebileceği gen parçalarının başında retrotranspozonlar gelmektedir. Birçok türde, farklı uzunluklarda retrotranspozonlar vardır. Örneğin insanda tespit edebildiğimiz 6000 baz dizisinden oluşan retrotranspozonlar vardır. Hatta kimi zaman 20.000 bazlık dev delesyonlara yol açan kromozomal kırılmalar bile görebilmekteyiz. Bunlar kimi zaman türleşme üzerinde etkili olsa da, çoğunlukla kısa vadede etkisi olmayan değişimlerdir ve evrime etkileri ancak uzun vadede anlaşılabilir. Bu yüzden kıyaslamadaki temel ilkemiz ''küçük indeller daha sıktır lakin büyük olanlar toplamda daha çok değişime yol açarlar'' prensibi üzerine kuruludur.

Indellerin bu analizlerden dışlanmasının bir diğer nedeni de, bu mutasyonların yaratacağı sonuçların öngörülmesinin çok zor olmasıdır. Onların yarattığı ayrışma, saat benzeri birikim yaratmaktan oldukça uzak olacaktır; bu da moleküler saat hipotezine dahil edilmelerini güçleştirmektedir. 300 bazlık bir dizi düşünelim. Milyonlarca yıl boyunca %2 farklılaşmış olsun. Daha sonra hiç beklenmedik bir anda içine giriş yapan 200 nükleotidlik dizi, onu karşı taraftan %40 farklı yapacaktır. Bir anda olacaktır bu... Bundan dolayıdır ki analizde genellikle saat gibi biriken tek nükleotit üzerinde oluşan mutasyonlar (single-nücleotide mutations) kullanılır. Maksimum benzerlik (maximum likelihood) metoduna dayanan bazı yeni filogenilerde sadece 1 nükleotidlik olan indeller kısmen dikkate alınabiliyor.

Öte yandan indeller her zaman analizi güçleştirmemektedir. Evrimsel biyologlar tarafından zekice kullanıldıklarında, analiz sonuçlarımızı test etmek için faydalı bir araca dönüşecektir. Örneğin büyük indelleri Nadir Genetik Değişimler'i (RGC: rare genomic change) incelemek için kullanmak, bizim için paha biçilemez olabilir. Mesela TRIMCYP genini de içeren 20.000 bazlık dev bir silinme (delesyon) orangutan, goril ve şempanze ve insanda varken gibonlarda mevcut değildir. Bu durumda gibonların, kuyruksuz maymunlar arasından ilk dallanan grup olduğunu tek seferde anlarız ve bu şekilde normal sekans bazlı analizlerin sonuçlarını daha sağlam şekilde test edebiliriz.

Bahsi geçen bu büyük indeller (özellikle eklemeler), genellikle retrotranspozonlardan kaynaklanmaktadır. Bir Alu elementi ortalama 320 baz uzunluğundayken, ortalama bir LINE-1 elementi 6500 baz çiftine ulaşabilmektedir. Bunun yanında SVA gibi onbinlerce nükleotidlik retrotranspozonlar da genomu işgal etmeye devam etmektedir. Boşlukların diğer bir sebebiyse çiftlenme (duplikasyon) olayları. Duplikasyonlar birkaç yüz nükleotidle sınırlı kalabileceği gibi, milyonlarca bazlık bir kromozom segmentinin ikilenmesi şeklinde de olabilir. Benzer şekilde dev delesyonlar da meydana gelirler. Gen duplikasyonlarından dev delesyonlara kadar bir çok hatanın sebebi ''homolog olmayan rekombinasyon'' isminde bir olaydır. Crossing-over sırasında meydana gelen bu yanlış eşleşmeler dev duplikasyon ve delesyonlara neden olurlar. Sayıca daha fazla olan küçük indeller ise normal şekilde, o anda DNA polimerazın araya birkaç nükleotidi yerleştirememesi sonucunda ortaya çıkarlar. 3'ün katı olmayan küçük indeller eksona gelirlerse, frameshift mutasyona yol açarlar.

Burada yeri gelmişken kısaca değinecek olursak: genler içerisindeki nükleotit dizileri 3'erli gruplar halinde okunup aminoasitlere dönüştürüldüğü için, indel tipi mutasyonların 3'ün katlarında olup olmaması büyük önem arz etmektedir. Örneğin sadece 1 ya da 2 tane fazladan nükleotit diziye dahil olacak ya da diziden silinecek olursa, genlerin okuma sırası kayacaktır. Buna "çerçeve kaydırıcı tip mutasyon" (frameshift mutation) denir. Yani AATGCT disizi normalde 2 aminoasidi kodlarken (AAT ve GCT olarak okunacaktır), eğer ki diziye AATTTGCT şeklinde 2 tane timinden oluşan bir ek dahil olursa, yine 3'lü olarak okunacağı için AAT ve TTG okunacaktır, sonra ise CT boşta kalacak, üretilen proteinin yapısı kökten değişecektir; okunma çerçevesi kaymış olacaktır. Aynı durum 3'ün katlarında olmayan sayıda silinme için de geçerlidir. Ancak indeller 3'ün katı şeklinde olursa, üretilen proteinde genelde yine değişim olsa da, bu değişim yıkıcı etkide olmayacak ve çeşitliliğe katkı sağlayan nitelikte olacaktır. Örneğin az önceki diziye 2 tane değil de 3 tane timin eklenseydi, son durum şöyle olacaktı: AATTTTGCT. Dikkat edecek olursanız, bundan üretilecek aminoasitler AAT, TTT ve GCT olacaktır. Yani orjinal AAT ve GCT yine okunacaktır, sadece aralarına fazladan bir aminoasit dahil olmuş olacaktır. Bu durumda okuma çerçevesi kaymamıştır, sadece fazladan bir aminoasit dahil olmaktadır. İşte bu analizlerle evrimsel tarihin sırlarını aralamamız mümkündür.