Mevcut protein kodlayan genlerin çoğaltılması ve değiştirilmesinin yenilerinin ortaya çıkmasına neden olabileceği biyologlar tarafından uzun zamandır anlaşılmıştır. Bununla birlikte, bazı protein genleri, genomun daha önce rastgele RNA iplikçiklerini kodlayan bölgelerinden de gelişebilir. Bununla birlikte, yeni protein genlerinin bu şekilde nasıl ortaya çıktığı açık değildir.
Mutasyonların görünüşte anlamsız DNA dizilerini potansiyel genlere dönüştürmesini sağlayan şey, kodlanmış RNA’larının hücre çekirdeğinden çıkma yeteneğidir – bir proteine çevrilmeden önce gerekli bir adım -. Çalışmanın yazarları, bu şekilde “de novo” olarak gelişmiş gibi görünen 74 insan protein genine işaret ediyor; bu genlerin yarısından fazlası insan soyu şempanzelerden ayrıldıktan sonra ortaya çıktı.
Protein Kodlayan Genler
Alışılmadık derecede büyük ve sofistike beyinlerimiz kısmen bu yeni genlerden bazılarının bir sonucu olarak evrimleşmiş olabilir. Bu genlerden biri, kemirgenlere verildiğinde farelerin beyinlerinin daha büyük ve insana daha benzer olmasına yardımcı oldu.
Pittsburgh Üniversitesi’nde evrimsel biyolog olan ve çalışmaya katılmayan Anne-Ruxandra Carvunis’e göre, “Bu çalışma büyük bir ilerlemeyi temsil ediyor.” Bu çalışma “de novo gen doğumunun insan beyninin evriminde bir rolü olabileceğini” öne sürüyor.
Bazı genler yapısal veya düzenleyici işlevlere sahip kendi RNA’larını üretirken, protein üretenler bunun yerine bir ara RNA üretir. Diğer RNA’lar gibi çekirdekte oluşturulan bu mesajcı RNA’lar (mRNA’lar) sitoplazmaya çıkar ve gen tarafından kodlanan proteinlerin nasıl bir araya getirileceği konusunda talimat vermek üzere ribozomlara gider.
Pekin Üniversitesi’nde evrimsel biyolog olan Chuan-Yun Li ve meslektaşları on yıl önce bazı insan protein genlerinin, al yanaklı maymunlarda protein yapmayan veya başka bir amaca hizmet etmeyen uzun kodlamayan RNA’lara (lncRNA’lar) çevrilen DNA dizilerine çarpıcı bir şekilde benzediğini buldular. Li, maymun DNA’sının bu bölümlerinin nasıl olup da gerçek insan protein kodlayan genlerine dönüştüğü konusunda şaşkındı.
Li’nin post-doc’u Ni A. An, birçok lncRNA’nın çekirdeği terk etmekte zorlandığını keşfettiğinde, bu bir ipucu sağladı. Araştırmacılar, protein kodlayan genlerden mRNA üreten ve üretmeyen RNA’ları üreten DNA dizileri arasında ayrım yapmak için gelişmiş bir bilgisayar algoritması kullandılar.
Algoritma, U1 elemanları olarak bilinen ve RNA’ya çevrildiğinde ipliği temiz bir şekilde kopamayacak kadar yapışkan hale getiren DNA uzantılarına odaklandı. Bu elementler, protein kodlayan genlerde RNA’nın yapışkanlığını azaltan mutasyonlara sahiptir. Bu nedenle, bir lncRNA’nın çekirdekten kaçması ve bir ribozoma talimat vermesi için ebeveyn DNA’sının ya bu kritik U1 mutasyonlarını edinmesi ya da bir şekilde kopyalanan parçanın RNA ipliklerinden tamamen kesilmesine neden olması gerekir.
Hospital del Mar Tıbbi Araştırma Enstitüsü’nden evrimsel biyolog Maria Del Mar Albà’ya göre, “Bu çok mantıklı çünkü bir RNA’nın tercüme edilebilmesi için önce sitoplazmaya [ribozomların bulunduğu yere] gitmesi gerekiyor.
Li’nin ekibi, rhesus maymunlarında lncRNA muadilleri olan de novo protein kodlayan genlerin yanı sıra çekirdekten çıkmak için gereken temel U1 element mutasyonları için insan ve şempanze genomlarını taradı. Sonunda, sadece insana özgü 45 gen ve insanlar ve şempanzeler tarafından paylaşılan 29 genin uygun olduğunu belirlediler. Bilim insanları, her bir genin ne yaptığını deşifre edip edemeyeceklerini görmek için dikkatlerini insan beyninde aktif olan bu protein genlerinden dokuzuna odakladılar. Çin Bilimler Akademisi Zooloji Enstitüsü’nden sinirbilimci Baoyang Hu, bu genlerin her birinin bulunduğu ve bulunmadığı kortikal organoidler ya da insan beyin dokusu kümeleri oluşturdu ve organoidlerin normalden biraz daha fazla büyümesine neden olan iki gen keşfetti.
İnsanlarda akıl yürütme ve dil gibi üst düzey becerilerden sorumlu olan memeli beyninin buruşuk dış katmanı korteks, bu genlerden birinin verilmesiyle beyinleri değiştirilen farelerde normalden daha büyük hale geldi. İkinci gen de farelerde benzer sonuçlar doğurdu ve hayvanların beyinlerinin insanlardakine benzer şekilde daha fazla çıkıntı ve oluk kazanmasına yol açtı. Ekibin Advanced Science’da yayınlanacak çalışmasına göre, bu fareler bilişsel işlev ve hafıza testlerinde bu genden yoksun farelerden daha iyi performans gösterdi.
Bulguları özetleyen araştırmacılara göre, bu de novo insan genleri “beyin gelişiminde bir rol oynayabilir ve insanların evrimi sırasında bilişin itici gücü olmuş olabilir”.
Chicago Üniversitesi’nde evrimsel biyolog olan Manyuan Long’a göre, [yeni] genler üreten moleküler evrimsel mekanizmalar hakkındaki bilgilerimizde bir atılım yapıldı. Long’un ekibi, pirinçteki ayırt edilebilir de novo genlerin çoğunun bir zamanlar lncRNA’lar olduğunu ve lncRNA’ların bambuda yeni genlerin oluşumuna da katkıda bulunduğunu keşfederek, bu süreçlerin ne kadar yaygın olabileceğine dair kanıt sağladı. Yine de beynin evriminde de novo genlerin işlevini nasıl yorumladığı konusunda daha ihtiyatlı. Organoidlerin beynin kendisinden çok daha temel dokular olduğuna ve fare ve insan beyinlerinin çok farklı şekillerde evrimleştiğine dikkat çekiyor.
Tsinghua Üniversitesi Tıp Fakültesi moleküler biyolog Xiaohua Shen, gen eklemelerinin neden olduğu beyin boyutundaki eşitsizliklerin rastgele dalgalanmanın sonucu olmadığından emin olmak için yazarların daha büyük bir fare örneğine bakmaları gerektiğini söylüyor.
Carvunis’e göre bu araştırma, DNA dizilimlerindeki küçük değişiklikler yoluyla son derece önemli de novo genlerin ortaya çıkabileceği olasılığını artırıyor, ancak kaçan lncRNA’ların sonunda nasıl gerçek genlere dönüştüğü konusunda hala anlaşılması gereken çok şey var. Gen doğumunun önünde çok sayıda engel olduğunu iddia ediyor. “Bu çalışmanın, bu engellerin doğası ve bunların üstesinden gelmek için gen geliştirme potansiyeli hakkında ek araştırmalara ilham vereceğini umuyorum.”
Kaynak: science.org
