Eskiden Var Olmayan Proteinler, Evrimsel Süreçte Nasıl Oluşur?

Deneysel evrim çalışmaları popülasyon genetik modellerini test etmekte sıklıkla kullanılmaktadır. Bu yazımızda sizlere yeni bir yaklaşımdan söz etmek istiyoruz.

Bilindiği gibi yeni genlerin oluşumu neredeyse her zaman gen duplikasyonuyla (çiftlenmesiyle) olur. Birbirlerinden ayrıldıktan sonra belli bir süre boyunca birbirine eş görevli olacak olan bu paralog genler, zamanla biriken mutasyonlar sayesinde birbirinden giderek uzaklaşarak gen ailelerini oluştururlar. Paralog genlerin fonksiyonel farklılaşması gerek amino asit dizisinin gerekse bu genlerin salgılanma düzeninin değişmesiyle olabilir. Gen ekspresyonunun değişmesi genin salgılanma miktarında, yerinde veya zamanında meydana gelen her türlü değişimi kapsar.

Günümüzde, gen ailelerinin oluşumuna dair 2 ana görüş bulunmaktadır. Bunlardan birincisi klasik yeni görevlenme (neofunctionization) yaklaşımıdır. Bu yaklaşıma göre kopyalardan biri eski işini yaparken, ilave kopya yeni bir özellik kazanır. İkinci yaklaşım olan alt görevlenme (subfunctionalization) yaklaşımında ise birden fazla işlevi olan genin mevcut görevleri, yeni oluşan kopyalar arasında paylaştırılır.

A ve B işlerini yapan bir gen düşünelim. Duplikasyondan sonra kopyalar üzerinde hafifleyen seçilim baskısının etkisiyle kopyalardan birisindeki B işlevi ortadan kaybolabilir, ne de olsa diğer kopyada bu iş hala yapılmaktadır. Aynı sebeple diğer kopyada da A işinin kaybolması mümkündür. Ancak seleksiyon her işin en az bir gen tarafından yapılmasını zorunlu kılacağı için (bunun daha verimli olmasından ötürü), artık birisi A işini, birisi B işini yapan 2 yeni genimiz vardır. İlave mutasyonlarla elbette ki genlerin işlevlerinde de adaptasyonlar olacaktır.

Bu hipotez, bugüne kadar ne zaman test edildiyse doğrulandı. Örneğin, filogenetik kullanarak bir protein ailesinin atasal proteini üretiliyor. Atasal proteinlerin söz konusu gen ailesine bağlı proteinlerin yaptığı hemen her ayrı işlevi zayıf düzeyde de olsa yapabildiği saptanıyor. Dolayısıyla hipotezimiz doğrulanmış oluyor. Peki bunun adaptif evrim açısından önemi nedir?

Evrimsel biyologların analizlerini güçleştiren olgulardan biri pleyotropi adı verilen bir olgudur. Yani bir genin birden fazla fonksiyon, görünüm, özellik üzerinde etkisinin olabilmesi durumu. Atasal proteinin A işi lehine evrimleşmesi onun B işini yapma düzeyini azaltabilir. B alanında özelleşmesi, A işini yapma verimini olumsuz yönde etkileyebilir. Bu normal bir durumdur. Ancak gen duplikasyonuyla çoğalması, onun atasal işlevlerini paylaşan 2 kopya haline gelmesi durumunda, her kopya pleiotropiden bağımsız olarak evrimleşebilir. Böylece duplikasyon sonrasında genetik sürüklenmeyle sabitlenen fonksiyon kaybettirici mutasyonlar birbirinden farklı alanlarda özelleşmiş 2 spesifik proteini yaratabilir.

Yani eskiden var olmayan iki protein, sadece evrimsel sürece bağlı olarak var edilebilmektedir.