Transkripsiyon Faktörleri, Evrime Nasıl Yön Veriyor?

Transkripsiyon faktörleri, DNA’nın belli bölgelerine bağlanarak genin ekspresyon (ifade) seviyelerine etki ederler ve genlerin etkileşimi için oldukça önemlidirler. Evrim sürecinde etkili bir rol oynadığı düşünülen bu faktörlerin bağlanma bölgelerinde herhangi bir mutasyon ya da engelleyici bir varyasyon meydana geldiğinde, o genin ifadesi tamamen ortadan kalkabilir ve gerekli olan protein sentezlenemez. Bu da bir canlıda hem moleküler düzeyde hem de canlının fenotipinde köklü değişikliklere yol açabilir. Örneğin; herhangi bir genin yapısında veya ifadesinde meydana gelen bir değişiklik o canlının ortama daha fazla ayak uydurmasına yani adaptasyonuna kolaylık sağlayabilir ki bununla ilgili bir çok çalışma literatüre geçmiştir. Bu makalede; insan ile diğer yakın akrabaları arasında yapılan karşılaştırmalı çalışma ile bu faktörlerin bağlanma bölgelerinde meydana gelen mutasyonların evrim sürecinde ne şekilde etkili olduğuna yönelik bazı gerçekleri ortaya çıkarmaktadır.

Transkripsiyon faktörlerinin bağlanma bölgesinde meydana gelen mutasyonların insan evrimine olan katkısı hala tartışılmaktadır. Arbiza ve arkadaşları, şempanzelerden ayrıldığından itibaren insan evriminde, meydana gelen bağlanma bölgesi mutasyonlarının yaygın rolü olduğuna dair kanıtlar buldular. İnsan evriminin adaptasyonunda, cis-regülatör bölgelerde (DNA’nın belirli bir bölgesinde bulunurlar ve transkripsyon faktörleri buralara bağlanarak yakınındaki genlerin ifadesini etkileyebilirler. Aynı zamanda bu elementler tek bir geni değil de, farklı genleri de düzenleyebildikleri bilinmektedir) oluşan mutasyonların rolü hakkında yapılan çalışmalar genellikle bu bölgelerdeki polimorfizimler hakkında bilgilerin ve deneysel olarak belirlenmiş TFBs’lerin (transkripsiyon faktörlerinin bağlanma bölgeleri) eksikliğinden kaynaklanan nedenlerden dolayı çok kesin sonuçlar verememiştir. 

Çalışmayı yapanlar, insan genomunda TFs’nin (transkripsiyon faktörleri) %5’ini oluşturduğu düşünülen 78 TFs’nin bağlanma bölgelerini belirlemek için ENCODE projesinden faydalandılar. Çalışmayı yapanlar bu bölgeleri genomik projesi tamamlanmış 54 bireyin genom dizisi ile kombine ettiler ve insanlar ile yakın akraba olarak bilinen şempanzeler, orangutanlar ve rhesus makakları arasındaki farklılıkları ve polimorfizmleri keşfetmek için onların aynı gen sırasına denk gelen dizileri ile karşılaştırdılar. 

Kısa bir bilgi: ENCODE projesinin açılımı ENCyclopedia of DNA elements-DNA elemanları ansiklopedisi. Bu projenin amacı insan genom dizisinde tüm işevsel elementleri tanımlamak üzerinedir.

Arbiza ve arkadaşları, INSIGHT (inference of natural selection from interspersed genomically coherent elements) metotundan faydalandılar. Burada kısa bir ayrıntı verelim: Tamamlanmış genomik sekans bizlere doğal seleksiyon hakkında çok değerli bilgiler vermektedir. Ama bu bilgileri değerlendirmek bazen güç olabilmektedir. Çünkü transkripsiyon faktörlerinin bağlanma bölgeleri ve küçük kodlanmayan RNA’lar gibi kodlanmayan bölgeler büyük ölçüde genom içerisinde dağılmış haldedirler. Arbiza ve arkadaşları bağlanma bölgelerinde doğal seleksiyona işaret eden değişimleri keşfetmek için evrimleştiği düşünülen TFBs’ni karşılaştırdılar. Bu metot aynı zamanda güçsüz negatif, güçlü negatif ve pozitif doğal seleksiyonu keşfetmek için etkili bir yoldu.

Çalışmalar sonucunda TFBs’de doğal seleksiyonun güçlü imzasını buldular. Çoğu bölge için, bu negatif seleksiyondu, ama bazıları da pozitif seleksiyondu. İlaveten bağlanma affinitileri (eğilim) ile seleksiyonun derecesini ilişkilendirdiler. Seçilim baskısının kaynağına ipucu olarak seleksiyon altındaki DNA bölgelerindeki genlerin ekspresyon seviyeleri ile TFs bağlandığı hücre tiplerini birlikte değerlendirdiler. Ortam şartlarına göre adaptasyonun yenisi ile değişmesi için TFBs’leri ile kodlanan bölgelerinin karşılıklı etkileşimi aynı düzen içerisindeler ve zarar verici polimorfizmlere katkıda bulunurlar. Ama TFBs’lerdeki zarar verici mutasyonların yüksek frekansı gösteriyor ki bu mutasyonlar hastalığa neden olan mutasyonlardan daha az zararlılardır. Bu çalışma, kodlanmayan bölgelerdeki varyasyonların evrim adaptasyonunda etkili olduğu üzerinedir ve sadece SNP’lere odaklanmasına rağmen diğer varyant tiplerinin katkılarıyla ilerde yapılacak çalışmalar daha da ilginç hal alacaktır. 

Son olarak şunu diyebiliriz ki; genlerde ve genleri etkileyecek mekanizmalarda meydana gelen mutasyonların ya da varyasyonların doğal seleksiyona karşı insan adaptasyonunda oldukça etkili olduğu tartışılmakta ama bu tartışma sadece ne kadar etkili olabileceği üzerinedir. Ve yapılacak çalışmalar bu konuda daha fazla bilgi sahibi olmamızı sağlayacaktır.