Yaşlanan hücrelerin gen kontrolündeki azalmanın sağlık ve uzun ömür üzerindeki etkilerinin araştırılması halen gereklidir.
Yaşlanan hücreler, belirli genlerin içine yerleştirilmiş kısa dizilerden RNA transkriptleri oluşturdukları kriptik transkripsiyon olarak bilinen bir süreçle meşgul olurlar. Yaşlanan hücreler, bölünmeyi durdurmuş olmalarına rağmen vücutta var olmaya devam eden hücrelerdir. Bu transkriptlerin ifadesinin altında yatan mekanizma araştırmacıları uzun süredir şaşırtmaktadır ve bu transkriptlerin varsa ne gibi işlevleri olduğu bilinmemektedir. Hala cevaplanmamış bazı endişeler olsa da, Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) Ulusal Yaşlanma Enstitüsü’nde moleküler biyolog olan Payel Sen ve meslektaşları epigenetik değişikliklerin kriptik transkripsiyonu nasıl etkilediğini anlamaya başladılar.
Grup, DNA’nın bir kromozom içinde sıkıca katlandığı proteinler olan değişen histonların DNA üzerindeki tutunumlarını kaybettiğini ve potansiyel olarak genlerin içindeki kriptik bölgelerin sahte bir şekilde kopyalanmasına izin verdiğini bildirdi (Çalışmaları Nature Aging, 30 Mart’ta çevrimiçi yayınlandı).
Yaşlanan hücrelerin ilk olarak maya ve solucanlarda kriptik transkripsiyon gerçekleştirdiği keşfedilmiş, bu durum daha sonra memeli hücrelerinde de doğrulanmıştır. Özellikle memeli hücrelerindeki rolü hala tam olarak anlaşılamamış olsa da, kriptik transkripsiyon zararlı olabilir: Kriptik transkripsiyonun bastırılmasıyla maya hücreleri daha uzun yaşamıştır. Transkriptlerin protein sentezine izin veren bir özellik olan beş kireçli bir başlığa sahip olduğu göz önüne alındığında, Sen bunların küçük proteinlere çevrilebileceğini varsaymaktadır.
Bu transkriptlerin basitçe “transkripsiyon gürültüsü” olabileceğini ve “hücrede gerekli kaynakları kullanabileceğini”, bunun da yaşlı hücrelerin etkinliğini azaltacağını belirtiyor.
Çalışmada yer almayan İtalyan moleküler biyolog Francesco Neri, The Scientist’e gönderdiği e-postada, bu transkriptlerin “zararlı RNA’lar ve/veya hücresel süreçlere müdahale edebilecek kesilmiş proteinler” olarak hareket edebileceğini düşünüyor.
Yaşlanma ve uzun ömürlülük üzerine yapılan araştırmalar, bu hatalı transkriptlerin yaşlanan hücrelerde nasıl ve neden üretildiğinin yanı sıra hücrenin kendisini nasıl etkilediğini anlamaktan büyük fayda sağlayabilir. Örneğin, bu yaşlanan hücrelerin daha az etkili bir şekilde büyüyüp büyümediğini veya zararlı küçük proteinler üretip üretmediğini öğrenmek, sonunda gençliği korumanın yeni yollarına yol açabilir.
Sen ve ekibi, memelilerde kriptik RNA’ların oluşumunu tetikleyen epigenetik değişiklikleri çözmek için yola çıktı çünkü bu moleküllerle ilgili hala cevaplanmamış birçok soru var.
Kriptik transkriptlerin geleneksel RNA dizileme yöntemleri kullanılarak tanımlanması ve diğer RNA transkriptlerinden ayrılması zor olduğundan, araştırmacılar insan hücrelerinde kriptik transkripsiyona neyin neden olduğunu bulmakta zorlandılar. İlgili ilk birkaç RNA nükleotidini dizileyen ekip, DNA’nın transkripsiyonel başlangıç konumunu belirlemek için PRO-cap olarak bilinen hassas nükleer run-on dizileme yöntemini kullandı. Bu yöntem, transkripsiyonu aniden durdurmak için gelişen RNA ipliklerine biotin etiketli nükleotidlerin eklenmesini içerir.
Bu biyotin etiketleri, yeni üretilen RNA’yı, transkripsiyon başlangıç bölgesini saptamak için yetersiz olan eski, kırpılmış transkriptlerden ayırt etmek için işaretleyici görevi görür.
Araştırmacılar, yaşlanan kohortu genç kohorttan 50 tur daha fazla hücre bölünmesi için yetiştirerek, aynı insan akciğer hücre hattını kullanarak laboratuvarda genç ve yaşlanan hücre kohortları oluşturdular. Bilim insanları PRO-cap kullanarak kriptik transkriptlerin hem genç hem de yaşlanan hücrelerde karşılaştırılabilir oranlarda üretildiğini keşfetti ve bu da kriptik transkripsiyonun bir hücrenin yaşamı boyunca sürekli olarak gerçekleştiğini gösterdi. Bununla birlikte, araştırmacılar yaşlanan hücrelere özel olan ve yaşla ilgili amaçlara hizmet edebilecek çok sayıda kriptik bölge buldular. Neri’ye göre, kriptik transkripsiyonu bir “yaşlanma özelliği” olarak düşünmek cazip.
Bilim insanları, yaşlanan hücrelerdeki kriptik bölge içeren genlerin tipik insan geninden daha uzun olduğunu, çünkü daha uzun intronlara sahip olduklarını keşfettiler. Bu ilave uzunluk, DNA ipliği ile RNA polimeraz arasında daha uzun etkileşime yol açarak hatalı transkripsiyon olasılığını artırabilir.
Araştırma ekibi keşiflerini yapmak için laboratuvarda kültürlenmiş hücreleri kullandı, ancak yine de kriptik transkripsiyonun hayvanlarda da gerçekleştiğini doğrulamaları gerekiyordu. Deney fare karaciğer hücrelerinde tekrarlandığında, ekip yaşlı farelerin (22-24 ay) genç farelere göre daha yüksek seviyelerde kriptik transkripsiyon sergilediğini keşfetti. (2-4 ay). Bu kriptik bölgeleri barındıran fare genleri, insan akciğer hücrelerine benzer şekilde tipik olandan daha uzundu.
İlginç bir şekilde, kriptik bölgeler neredeyse sadece fare dişi hücre hatlarında keşfedilmiştir. Bu çalışmada dişi farelerin erkek farelerden üç ay daha büyük olması yorumlamayı daha da zorlaştırıyor. Sen, önemli bir yaş farkı olmadığını iddia ediyor ve fare kök hücrelerinde kriptik transkripsiyonda cinsiyet farklılıklarını keşfeden yeni bir çalışmadan bahsediyor.
Ekibin hala bunun anlamlı bir korelasyon olup olmadığını ve kriptik transkripsiyonun membran proteinlerini herhangi bir şekilde etkileyip etkilemediğini belirlemesi gerekiyor. Bu uzun genlerin çoğu, hücreden hücreye yapışma, iletişim ve sinyalizasyonda rol oynayanlar da dahil olmak üzere hücre yüzeyinde bulunan proteinleri kodlar.
Sen, kriptik transkripsiyonun düzensizliğin bir yan sonucu olup olmadığını veya uzun genler tercih edilerek belirli genlerde kontrollü bir şekilde meydana gelip gelmediğini belirlemeyi amaçlamaktadır. Ona göre bir sonraki adım, çeşitli kriptik bölge gruplarının çeşitli hücre tiplerinde ifade edilip edilmediğini belirlemek olacaktır, çünkü bu, kriptik bölgelerin kontrol edildiği fikrine ağırlık verecektir. Aslında Neri, birçok araştırmanın ek kriptik bölge grupları keşfettiğini belirtiyor.
Araştırmacılar, yaşlanan insan hücrelerinde 350’den fazla kriptik yer keşfettikten sonra, yetiştirdikleri insan akciğer hücrelerinde sürecin altında yatan süreçleri araştırdılar. Araştırmacılar özellikle histonların DNA’ya tutunmasını gevşeten kimyasal değişikliklerin bu bölgeleri transkripsiyon için hazırlayıp hazırlamayacağını anlamakla ilgileniyorlardı.
Bilim insanları, DNA’yı hücrelerden izole etmek ve hala histonlara bağlı olan parçalar oluşturmak için kesmek için bir yöntem olan kromatin immünopresipitasyonunu kullandılar. Histona özgü antikorların kullanımı daha sonra bu parçaları inceleme için izole etmek için kullanılabilir. Sen ve çalışma arkadaşları, DNA’yı çözen ve transkripsiyonu mümkün kılan histon asetilasyon miktarları ile DNA’yı saran ve transkripsiyon için erişilemez hale getirerek “kapatan” histon metilasyon seviyelerini karşılaştırdı.
Araştırmacılar tarafından belirlenen insan kriptik bölgelerindeki histon metilasyonunun kesin modeli, daha önce maya ve solucanlarda tanımlanan modellerle tutarlıdır. Yaşlanan hücrelerin daha fazla asetillenmiş “açık” histon ve daha az metilasyon “kapalı” histon içermesi, histon modifikasyonları ile hücre yaşı arasında bir korelasyon olduğunda histon modifikasyonlarının tipik olarak genç hücrelerde gizlenen kriptik yerleri ortaya çıkarabileceğini göstermektedir. Sen, yaşlanan hücrelerde yaşlanmayla ilgili kriptik konumlardaki “epigenom erozyonunun” hatalı transkripsiyonu artırabileceğini iddia ediyor. Bilim insanları, yaşlanan hücrelerdeki genel histon metilasyonunun azalmasına rağmen, histon 3 üzerinde artan metilasyonun benzersiz bir modelini fark ettiler. Bu örüntü, epigenetik değişikliklerin kriptik transkripsiyonu yönlendiren şey olduğuna dair daha fazla kanıt sağlar, çünkü tipik olarak promotör olarak bilinen dizilerdeki transkripsiyonun başlangıç konumlarında gözlenir.
Kaynak: the-scientist.com/news-opinion
