Kromozomları Halkalayan Moleküller, DNA’yı da Büküyor!

Delft Teknoloji Üniversitesi Kavli Enstitüsü ile Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü'nün Viyana Biyomerkezi'nden araştırmacılar, Science Advances dergisinde yayınladıkları makalede kromozomlarımızın şekillenmesine yardımcı olan moleküler motorların yeni bir özelliğini ortaya çıkardı.^[1] 6 yıl önce, SMC motor proteinlerinin DNA’da uzun halkalar oluşturduğunu keşfetmişlerdi. Şimdi ise bu motorların oluşturdukları halkalarda belirgin bir şekilde önemli bükülmeler meydana geldiğini tespit ettiler.

Bu bulgular, kromozomlarımızın yapısını ve işlevini daha ayrıntılı anlamamıza yardımcı oluyor. Bu mekanizmanın bozulması, örneğin "koezinopatiler" gibi gelişimsel hastalıkların kökenine dair sağlık alanında önemli ipuçları sunabilir.

Bunu İki metre uzunluğunda bir ipi, iğne ucundan daha küçük bir alana sığdırmaya çalışmak şekilde düşünebilirsiniz. Vücudunuzdaki her hücre, DNA’sını küçük çekirdeğine yerleştirirken bu zorluğu aşmak zorunda. Doğa, bu hedefe ulaşmak için DNA'yı "süper bükülmeler" adı verilen sıkıca sarılmış halkalar halinde kıvırmak ve kompakt bir şekilde saklamak için özel proteinlerin etrafına dolamak gibi dahiyane yöntemler kullanır.

Küçük DNA Halkalarının Kromozom Üzerindeki İşlevi

Ancak yalnızca DNA'nın sıkıştırılması yeterli değildir. Hücrelerin de kromozom yapısını düzenleyerek bu yapının işlevini desteklemesi gerekir. Örneğin, genetik bilginin ihtiyaç duyulduğunda erişilebilir hale gelmesi için DNA’nın belirli bölgeleri okunur. Özellikle hücre bölünmesi sırasında DNA’nın önce çözülmesi, ardından kopyalanması ve son olarak iki yeni hücreye düzgün bir şekilde ayrılması gerekir.

Bu süreçlerde, kromozomların yapısal bakımı (İng: "structural maintenance of chromosomes") olarak bilinen SMC kompleksleri adı verilen özel protein makineleri hayati bir rol oynar. Yakın geçmişte Delft ve diğer araştırma merkezlerindeki bilim insanları, SMC proteinlerinin DNA’da uzun halkalar oluşturan moleküler motorlar olduğunu ve bu halkaların kromozom işlevlerinin temel düzenleyicileri olarak görev yaptığını keşfettiler.

TU Delft’te Cees Dekker’in laboratuvarında görev yapan doktora sonrası araştırmacılar Richard Janissen ve Roman Barth, bu mekanizmayı anlamamızı sağlayacak önemli bulgular elde ettiklerini belirtti. "Manyetik cımbızlar" kullanmak için yeni bir yöntem geliştiren ekip bu sayede tekil SMC proteinlerinin DNA üzerinde nasıl halka oluşturduğunu gerçek zamanlı olarak gözleme imkânı buldu.

Dahası, bu proteinlerin DNA’nın bükülme durumunu değiştirip değiştirmediğini belirleyebildiler. Şaşırtıcı bir şekilde, bunun gerçekten yaşandığını keşfettiler: İnsanlarda bulunan SMC proteini koezin, DNA’yı yalnızca bir halka içine çekmekle kalmıyor, aynı zamanda her adımda halkayı oluştururken DNA'yı sol-elli bir şekilde 0.6 tur büküyordu.

Kısaca SMC Proteinlerinin Evrimi

Ayrıca, ekip bu bükülme hareketinin yalnızca insanlara özgü olmadığını, maya hücrelerindeki benzer SMC proteinlerinin de aynı şekilde işlediğini tespit etti. Dikkat çekici bir şekilde, mayalarda bulunan farklı SMC protein türleri de insanda olduğu gibi her bir DNA halkası oluşumu sırasında DNA'yı 0.6 tur döndürüyordu.

Bu durum, DNA’nın dışarı çekilmesinin ve bükülme mekanizmalarının evrimsel süreç boyunca büyük ölçüde sabit kaldığını ve DNA’nın halkalanmasında doğanın insan, maya ya da başka herhangi bir organizma olması fark etmeksizin aynı yöntemi kullandığını gösteriyor.

Bu yeni bulgular, moleküler motorların bu yeni tip mekanizmasını anlamak için önemli bilgiler sunuyor. Ayrıca, DNA halkalanmasının kromozomlarımızın süper bükülme durumunu nasıl etkilediğini ve bunun doğrudan gen ekspresyonu gibi süreçlerle bağlantılı olduğunu net bir şekilde ortaya koyuyor.

Son olarak, bu SMC proteinlerinin Cornelia de Lange Sendromu gibi çeşitli hastalıklarla bağlantılı olduğu biliniyor. Bu süreçlerin daha iyi anlaşılması, bu ciddi hastalıkların moleküler nedenlerini ortaya çıkarmak açısından kritik bir öneme sahip.