TRANSPOZONLAR VE BARBARA MCCLINTOCK
BARBARA MCCLINTOCK
Barbara McClintock 16 Haziran 1902’de Connecticut ABD’de dünyaya geldi. Aslında doğumunda kendisine verilen ad Eleanor olmasına rağmen ileride bu ismin temsil ettiklerinin kendi kişiliği ve yaşamıyla bağdaşmadığını düşünerek adını Barbara olarak değiştirmiştir. Biz de bu yazımızda kendisinden Barbara olarak bahsedeceğiz.
Barbara McClintock 1919 yılında Cornell Üniversitesi’nde yükseköğretimine başlamıştır. Okulun ilk yıllarında daha çok sosyal ve politik meseleler üzerinde zaman harcamıştır ancak bir süre sonra kendini bu tür işlere ait hissetmediğini anlamıştır. 1921 yılında genetik alanında ilk kursunu almıştır. C.B.Hutchinson tarafından verilen bu kursta Hutchinson ondaki ışığı görüp 1922’de Barbara’yı Cornell’deki lisansüstü genetik kursuna katılmaya davet etmiştir. Aslında Barbara’nın hayatının kırılma noktası da bu davet olmuştur. 1923 senesinde de botanik eğitimi almıştır. McClintock 1927 yılında botanik dalında Cornell Üniversitesi’nden doktorasını aldı. Burada mısır sitogenetiği dalında öncü çalışmalarda bulundu. 1920’lerin sonundan itibaren McClintock, kromozomlar ve mısırda üreme sırasında nasıl değiştiğiyle ilgili çalışmalar yaptı ve ilk kez mısırın genetik haritasını çıkardı. Genetik bilginin korunmasında önemli olan kromozom bölgeleri olan telomer ve sentromerin rolünü gösterdi . Alanında en iyiler arasında kabul edildi, prestijli burslar kazandı ve 1944’te Ulusal Bilimler Akademisi üyeliğine seçildi.
1936 yılında asistan profesör kadrosu ile Missouri Üniversitesi’nde çalışmaya başlayan McClintock, Missouri Üniversitesi’ndeki görev süresince hücrelerde deneysel mutasyonlara neden olmak için X ışınlarının nasıl kullanılacağını öğrenmiştir. Ancak çalışma arkadaşlarıyla iyi bir uyum yakalayamayan McClintock oldukça mutsuz ve yıpratıcı bir iş ortamında daha fazla bulunmak istemedi ve buradan ayrılmıştır. Ayrıldıktan sonra röntgen kullanarak kromozomlar üzerinde X ışınlarının etkilerini araştırmıştır. Mutasyonları deneysel olarak oluşturmak için X ışınlarından faydalandı. Hücrelerin X ışınına maruz bırakılması ile kromozomlardan parça kopması veya kırılması, kaynamalar olması ve köprüler yapmasından kaynaklanan anormallikler buldu. 1944’ten itibaren mısır bitkilerindeki renk desenleri ile kromozomların görünümü arasındaki ilişkiyi incelemeye başladı. Özellikle mor taneli mısırın nasıl oluştuğunun genetik nedenlerini açıklamak istedi. Nesilden nesile mısır bitkilerinin ata kromozomlarıyla yavrularını karşılaştırırken, yavru kromozomlarının ata kromozomların sanki yeniden düzenlenmiş versiyonları gibi göründüğünü keşfetti. Gariptir ki kromozomların parçaları, sanki kopartılmış ve yeni yerlerine konulmuş gibi görünüyordu. Böylece kromozomdaki genlerin silinmesini, eklenmesini ve yer değiştirmesini sağlayan yapıları tespit etti. Elde ettiği bulgular gösteriyordu ki genler artık ebeveynlerden sonraki nesillere geçen değişmez özellikler olarak düşünülemezdi. Ortamdaki bazı koşullara tepki gösterip değişebilir olduklarını gösterdi. Hareketli genler, kromozomlar içinde sıçrayabilir ve fenotipik özelliklerini açıp kapatabileceğini söylemiştir. Yani bu hareketli elemanlar mısırın mor olup olmayacağını belirleyebilirlerdi.
Mısırlar üzerinde sayısız çalışmalar yapan McClintock birçok ödül aldı ve birçok kez onurlandırıldı ancak hareketli genetik unsurlar hakkında yaptığı yayınlar bilim dünyasında ciddiye alınmadı ve değer görmedi. Bu da onu depresyona sürükledi. 1950’lerin sonuna doğru yayın yapmayı bıraktı. 1960’larda bakterilerle yapılan genetik çalışmalar hız kazandı ve McClintock’un mısır üzerinde yaptığı çalışmalarla olan benzerlikleri anlaşılmaya başladı. 1961’de bir makale ile tartışmalara yanıt verdi: Mısır ve bakterilerdeki gen kontrol sistemleri arasında bazı benzerlikler. 1970’lerin başında moleküler biyologlar, bakteri ve virüslerde gerçekleşen transpozisyon olgusunu, yani genlerin yer değiştirilebildiğini keşfettiler. Bu süreçte McClintock’un çalışmalarında elde ettiği sonuçların değeri anlaşıldı ve geç de olsa hak ettiği ödüllere kavuştu. 1970 yılında Richard Nixon tarafından kendisine Ulusal Bilim Madalyası verildi. McClintock Ulusal Bilim Madalyası alan ilk kadın oldu. Bir dönem çalıştığı Cold Spring Harbor, 1973’te bir binaya onun adını verdi. 1978’de Louis ve Bert Freedman Vakfı Ödülü’nü ve Lewis S. Rosensteil Ödülü’nü aldı. 1982’de “genetik bilginin evrimi ve ifadesinin kontrolü” konusundaki araştırmasından dolayı Columbia Üniversitesi’nden Louisa Gross Horwitz Ödülü’ne layık görüldü. Asıl önemlisi, 1983’te Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü’nü aldı, bu ödülü paylaşılmadan kazanan ilk kadın oldu. Kendisi halen Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü’ne başkasıyla bu ödülü paylaşmadan sahip olan tek kadındır. Neredeyse 30 yıl gecikmeli olarak kazandığı bu ödülle ünü hiç olmadığı kadar arttı. Ödüle layık görüldüğünde İsveç Bilimler Akademisi tarafından bilimsel kariyeri açısından Gregor Mendel ile karşılaştırıldı. Sanırım bir genetikçi için Mendel ile karşılaştırılmanın bütün ödüllerden daha prestijli bir durum olduğunu anlatmama gerek yoktur. McClintock, Nobel Ödülü’nden sonraki yıllarını New York, Long Island’daki Cold Spring Harbor Laboratuvarı’nda alanında önemli bir lider ve araştırmacı olarak geçirdi. McClintock , 2 Eylül 1992’de 90 yaşında, Huntington , New York’ta öldü ; hiç evlenmedi ya da çocuğu olmadı. Hayatının neredeyse tamamını bilim yolunda harcamış ve zamanında hak ettiği değeri görmemiş üstüne üstlük ciddiye alınmamış biri olarak birçok genç bilim insanı adayına hayat hikayesi halen ilham vermektedir ve çalışmaları halen derslerde anlatılmaktadır.
TRANSPOZONLAR
Transpozonlar ya da “sıçrayan genler” tek bir hücrenin genomik dinamiklerini transpozisyon yolu ile değiştirebilir. Ayrıca, promotor, güçlendirici (enhancer), susuturucu, epigenetik modifikasyon bölgesi ya da alternatif işlenme (splicing) bölgesi gibi hizmet edecek şekilde gen ifadesini değiştirebilir. Transpozonların kopyaları bir genomu istila edebileceğinden, delesyonlar ve duplikasyonlar, inversiyonlar ya da translokasyonlar gibi rekombinasyonların gerçekleşeceği hotspot bölgeler oluştururlar.
Transpozisyonlar bozucu etkiler göstermekle birlikte, hücrelerde kalıcı olarak protein ifadesi sağlamak sureti ile hücrede pozitif rol de üstlenebilirler. İnsersiyonlar ve duplikasyonlar oluşturarak transpozonlar genom boyutunu önemli oranda etkilerler. Bunun kanıtı; ökaryotik türler arasında genom büyüklüğü ya da C-değeri arasındaki çeşitliliktir.
Hareket mekanizmaları esas alındığında transpozonlar 3 sınıfa ayrılırlar:
- Retrotranspozonlar (retropozonlar)
- DNA transpozonları
- Sınıf 3 Transpozonlar
Retrotranspozonlar (Sınıf I Transpozonlar)
Retrotransposonlar kendilerini kopyalayıp sonra bu kopyalarını genomda çeşitli yerlere yerleştirirler. Retrotranspozonlar önce transkripsiyon yoluyla kendilerini bir RNA molekülü olarak kopyalarlar, sonra bu RNA (çoğu zaman transpozon tarafından kodlanan) bir ters transkriptaz tarafından tekrar DNA’ya dönüştürülür ve genoma geri sokulur.
Retrotransposonlar uzun uç tekrar dizilerine (ing. Long Terminal Sequence; LTR) sahip olup olmadıklarına göre iki gruba ayrılırlar : LTR’li retrotranspozonlar LTR dizilerinde promotörler ve retrotranspozisyon için gerekli olan en az iki enzimin genleri bulunur. LTR’siz retrotranspozonlar da promotör içerirler ve RNA polimeraz II tarafından çevriyazılabilirler (transkripsiyonları yapılabilir). LTR’siz retrotranspozonlara örnek olarak LINE ve SINE dizileri gösterilebilir:
LTR’li retrotranspozonlar retrovirüslere çok benzerler ama virüs olarak paketlenmelerini sağlayan env genine sahip değildirler. Env genini edinmek veya kaybetmek yoluyla birbirlerine dönüşebilirler. Virüs benzeri retrotranspozonlar paketlenemedikleri için başka hücrelere bulaşmazlar. LTR’li retrotranspozonlar insan genomunun %8’ini oluştururlar.
LINE dizileri (ing. Long interspersed nucleotide elements kısaltması), yaklaşık 6500 bç uzunluğundadır. Bunlar iki gen şifreler: ters transkriptaz ve entegraz (transpozaz). LINE’ler RNA polimeraz II tarafından çevriyazılır. Virüs benzeri retrotranspozonlardan farklı olarak uzun uç tekrarları (LTR) yoktur. İnsan genomunda bulunan 900.000 LINE dizisi, genomun %21’ini oluşturur.
SINE dizileri (ing. Short interspersed nucleotide elements kısaltması) kısa (100-400 bç) DNA dizileridir, RNA polymeraz III tarafından çevriyazılmış bazı hücresel RNA’ların ters transkripsyonu sonucunda genoma dahil olmuşlardır. Bunların en iyi bilinen örnekleri Alu elemanlarıdır. Kendileri ters transkriptaz geni içermeseler de LINE’lerin ters transkriptazları onların da çoğalmasını sağlar. İnsan genomunda bulunan yaklaşık bir milyon SINE dizisi, genomun %13’ünü oluşturur.
DNA Transpozonları (Sınıf II Transpozonlar)
DNA transpozonlarının transpoziyon mekanizmasında, retrotransposonlardan farklı olarak, RNA yer almaz. Bu mekanizma ile hareket eden transpozonlarda bulunan bir transpozaz, bir de rezolvaz enzimi bulunur (bazılarında bu iki fonksiyon bir proteinde bütünleşmiştir). DNA transpozonlarının iki ucundaki ters yönlü dizi tekrarları transpozaz enziminin rekombinasyon işlemi için gereklidir. Bir DNA parçası transpozaz enzimini şifrelemese (veya mutasyonla kaybetmiş olsa) dahi bu bu ters yönlü tekrarlara sahip olursa yardımcı bir transpozonun tranpozaz enzimi aracılığıyla genomda hareket etmeye devam edebilir. Transpozaz, transpozonun iki ucundaki DNA’yı ve hedef noktasındaki DNA’yı keserek genomdan transpozonu çıkarır ve yeni konumuyla bütünleştirir (entegre eder). Rezolvaz enzimi entegrasyon aşamasında gereklidir, tek zincirli kesikler yaratarak transpozon DNA’sının onu çevreleyen DNA ile düzgün bir şekilde bütünleşmesini sağlar.
DNA transpozonlarının bazıları “kes yapıştır” yoluyla, bazıları ise “kopyala yapıştır” yoluyla hareket eder. Hangisinin olduğu transpozon enziminin verici transpozon uçlarındaki DNA’nın bir mi iki mi zincirinden kestiğine bağlıdır. Transpozazlar hedef yerdeki DNA’yı yapışkan uçlar yaratacak şekilde kaymalı (ing. staggered) keser, transpozon DNA’sını da (bir veya iki zincirden) keser ve onu hedef yerindeki DNA zincirlerine bağlar. Konak hücreye ait olan DNA polimeraz açık kalmış tek zincirli yerleri doldurur, DNA ligaz da şeker-fosfat zincirini kapayınca transpozisyon tamamlanmış olur.
Kimi transpozon DNA molekülünün herhangi bir yerine bağlanabilir, dolayısıyla traspozonun hedefi genomda herhangi bir yerde olabilir, kimi transpozaz ise kendine özgün dizilere bağlanır.
DNA transpozonları yapılarına bağlı olarak iki ana gruba ayrılabilir: Birleşik tranpozonların (örneğin bakterilerdeki Tn5, 9, 10, 903 ve 1681) iki ucunda biribirine çok benzer ama ters yönlü (evrik) diziler, “insersiyon dizileri” (ing., insertion sequence; IS) bulunur. Bu IS dizileri oldukça uzundurlar, transpozisyon için gerekli olan tranpozaz ve entegraz enzimlerinin genlerini kodlarlar. İki IS dizisi arasında ayrıca bir veya birkaç antibiyotik direnç geni bulunur. Her bir IS dizisi hem tek başına hem de yakınındaki öbür IS dizisi ile birlikte hareket etme yeteneğine sahiptir; beraber hareket ettiklerinde aralarında bulunan DNA bölgesini de taşırlar. Ortamda antibiyotik bulunması halinde aradaki antibiyotik direnç geninin taşınabildiği gözlemlenebilir; çünkü bu taşınma olayları konak bakteriye bir selektif avantaj sağlar. Bazı durumlarda, eğer genomda pek çok transpozon varsa, hareket eden bir IS, antibiyotik direnç geninin öbür yanindaki IS ile birlikte hareket etmek yerine, öbür tarafındaki bir IS ile hareket edebilir; bu durumda ikisi arasında yer alan bazı genler genomda başka bir yere taşınabilir.
Birleşik transpozonlar hareket ettiklerinde ikilenmezler.
Karmaşık tranzpozonların (örneğin bakterilerdeki Tn1, 3, 4, 7, 501 ve 551 ve bakteriyofaj Mu’nun) iki ucunda da tekrar eden diziler vardır ama bunlar kısadır (30-40 baz çifti), bu diziler arasında transpozaz ve antibiyotik direnç geni yer alır. Transpozonun hareketinde bu genlerin hepsi beraber hareket ederler. Bu sınıfta yer alan transpozonlar ikilenerek hareket ederler, yani hareketlerinin sonucunda genomdaki kopya sayıları artar.
Sınıf III Transpozonlar
Minyatür Evrik Tekrarlı Traspozabl Elemanlar (ing. Miniature Inverted-repeats Transposable Elements; MITE), Sınıf II (DNA) transpozonlarına benzerler ama çok küçüklerdir (100-500 bç), transpozisyonları için gerekli olan genleri bulundurmazlar. Genomda bulunan başka transpozonların transpozazları aracılığıyla hareket ettikleri sanılmaktadır. İlk bitkilerde keşfedilmişler, sonra insan dahil çeşitli başka canlı gruplarında da bulundukları görülmüştür. Pirinç genomunun %6’sı MITE’lerden oluşur. İnsan genomunda bulunan 100.000 MITE, genomun yaklaşık %1’ini oluşturur.
Kaynakça:
https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=55834
https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=33610
https://tr.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock
https://en.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock
https://evrimagaci.org/barbara-mcclintock-kimdir-ne-yapmistir-kendi-agzindan-yasam-oykusu-11073
https://www.britannica.com/biography/Barbara-McClintock
https://tr.wikipedia.org/wiki/Transpozon
https://www.bezelyedergi.net/post/s%C4%B1%C3%A7rayan-genlerimiz-transpozonlar