Evrimsel süreçte ribozom organeli nasıl ortaya çıktı?

Uzun zamandır kabul gören ve yaşamın ortaya çıkışını anlatan RNA Dünyası hipotezine göre, hücrenin protein üretim merkezi olan ribozomun ortaya çıkışından önce, ortamda RNA adını verdiğimiz ve hücrede hayati görevler yürüten ribonükleik asitler vardı. Ancak yeni yapılan bir analize göre ise, ribozomun protein sentezi için gerekli birçok çalışan parçası bir araya getirilmeden önce, proteinler zaten ortada vardılar ve RNA ile etkileşim halindeydiler. Bu bulgu RNA Dünyası hipotezi ile çelişiyor.

“RNA Dünyası” hipotezi ilk olarak 1986 yılında Nature dergisinde yayımlanan bir makale ile öne sürüldü ve devam eden 25 yıldır da artan bir şekilde savunuldu. Hipoteze göre moleküler evrimin ilk aşamalarında öncelikle RNA bulunuyordu ve proteinler (ve DNA) daha sonradan ortaya çıkmışlardı. İllinoi Üniversitesi’nden Prof. Gustavo Caetano-Anollés ise yürüttüğü çalışma sonucunda hipotezin doğru olmadığı fikrine ikna olduğunu belirtiyor ve proteinler olmadan nükleik asit dünyasının da mümkün olmayacağını öne sürüyor.

Caetano-Anollés şöyle devam ediyor: “Ribozom bir ribonükleo makinedir. Yapısında 80 kadar protein ve birçok RNA molekülü barındırır. Bu yüzden bu karmaşık yapının oluşumu da uzun ve yine karmaşık bir birlikte evrimleşme sonucunda olmuş olmalıdır. Bunu yanında, tek başına RNA molekülü hücre için gerekli protein sentezi işlemini gerçekleştiremez. RNA dünyası hipotezinin destekçileri yeterli bilimsel temeli olmayan basit öngörülerle ribozomun evrimsel olarak ortaya çıkışını açıklamaya çalışıyorlar. Bu öngörülerin en temellerinden biri de ribozomun protein sentezinden sorumlu olan kısmı peptidil transferaz merkezi (PTC) aktif bölgesinin ribozomun ortaya çıkan en eski bölümü olduğudur.”

Yeni çalışmada ise Caetano-Anollés ve ekibi ribozomun evrensel protein ve RNA kısımlarını titiz bir analizden geçiriyorlar ve yapılarını inceleyerek evrimsel geçmişlerini ortaya çıkarıyorlar (grup ribozomal RNA’ların termodinamik özelliklerini de araştırıyor). Birbirinden bağımsız olarak oluşturulan ribozomal protein ve RNA “soy ağaçları” birbiriyle büyük oranda örtüşüyor. Örneğin, peptidil transferaz merkezini çevreleyen proteinler en az bölgeyi oluşturan RNA’lar kadar eskiler. Gerçekten de, PTC’nin evrimsel olarak ortaya çıkışı ribozomu oluşturan iki temel alt birimin ortaya çıkışından ve aralarında oluşan ve yapının sabit kalmasını sağlayan RNA köprüsünün oluşmasından hemen sonrasına denk geliyor.

Oluşturulan evrimsel zaman çizelgesine göre PTC’nin ortaya çıkışı protein-RNA kompleksinin diğer kısımlarının ortaya çıkışından sonraya denk geliyor. Bunun anlamı, ilk olarak, o proteinler ribozomal RNA’ların bir araya gelmesinden daha önce ortamdaydı ve ikinci olarak da, ribozomal RNA’lar protein sentezine yardım etme görevine gelmeden önce başka görevleri yerine getiriyorlardı.

Caetano-Anollés şöyle devam ediyor: “Bu, yapbozun kritik parçasını oluşturuyor. Eğer ribozomal proteinlerin, RNA’nın ve arada oluşan bağlantının evrimsel olarak oluşması aşamalı olarak, adım adım gerçekleşmişse, ribozomun ortaya çıkışı RNA dünyasının bir ürünü olamaz. Bunun yerine, ribonükleoprotein dünyasının ürünüdür diyebiliriz. Hücre çalışma mekanizmasının temel yapıtaşlarının ilk zamandan günümüze kadar aynı kaldığı görünüyor. Bunlar da evrimleşen ve etkileşim içinde olan proteinler ve RNA molekülleri.”

Kaliforniya Üniversitesi’nden Prof. Russell Doolittle çalışma hakkında şunları söylüyor: “Bu, protein evrimi alanında çalışan en önemli araştırmacıların ortaya koyduğu oldukça çekici ve kışkırtıcı bir makale.” Ancak bunun yanında Doolittle, çalışmanın bazı kısımları hakkında bazı sorulara sahip olduğunu belirtiyor. Özellikle, bazı ilk proteinlerin ribozomlar (protein sentez yeri) ortaya çıkmadan önce ortada olması fikrine. Eğer ribozom mekanizmasından daha eski proteinler bulunuyorsa, bu proteinlerin sekans (dizi) bilgisi bir sonraki nesle nasıl aktarılmış olduğu yanıtlanması gereken temel bir soru.

Caetano-Anollés ise bunun temel ve merkezi bir soru olduğuna katıldığını ve sorunun yanıtı için de protein evriminin ilk zamanlarındaki biyolojik fonksiyonların ortaya çıkışının anlaşılması gerektiğini belirtiyor. Bununla birlikte, ribozomal olmayan protein sentezini (RNA içermeyen ve yüksek seviyede spesifik olabilen) katalizleyen proteinlerin ribozomal proteinlerden çok daha eski olduğunu söylüyor. Bu yüzden de Caetano-Anollés, protein sentezleyen ilk biyolojik makinelerin ribozomlar olmamasının yüksek olasılık olduğunu öne sürüyor.

Caetano-Anollés aynı zamanda ribozomal sistemin spesifikliğinin RNA ile uygun bir şekilde bağlanmış amino asitlerin (genetik kodun doğru bir şekilde okunabilmesi için) sağlanmasına bağlı olduğunu ve bu bağlanmanın da proteinlere bağlı olduğunu (RNA’lara değil) belirtiyor. Bu da RNA moleküllerinin protein sentezinde birer kofaktör (yardımcı) olarak başladıklarını ve zamanla protein sentezini daha iyi hale getirdiklerini ve sonuç olarak da ribozom mekanizmasının oluştuğunu gösteriyor.