Histonların ve Genetiğin Dansı Bizi Biz Yapıyor

Özet: Epigenetik, diyet veya stres gibi dış faktörlerin genlerimizin ifadesini geçici olarak nasıl etkileyebileceğini araştırıyor.

Bu sürecin moleküler kalbinde, DNA’nın etrafına dolandığı protein yapıları olan histonlar bulunur. Bu histonların kimyasal grupları alabilen veya dağıtabilen, belirli genleri açıp kapatabilen kuyrukları vardır.

Yeni bir çalışma, hastalıklarla bağlantılı gen aktivasyonlarını daha iyi anlamak için özellikle bulunması zor H1 histonunu hedef alan bu alanı derinlemesine araştırıyor.

Ana unsurlar:

1. Diyet veya yaş gibi faktörlerin neden olduğu epigenetik değişiklikler, DNA’yı değiştirmeden gen ifadesini geçici olarak değiştirebilir.
2. Histonlar, özellikle de gizemli H1 histonu, genleri aktive etmek veya devre dışı bırakmak için sinyaller sağlayarak epigenetikte çok önemli bir rol oynar.
3. Histonların yönlendirdiği anormal epigenetik süreçler, kanserler ve otoimmün bozukluklar da dahil olmak üzere ciddi hastalıklara yol açabilir.

Kaynak: Güney Danimarka Üniversitesi

Çoğu insan, genetik materyalimiz olan DNA’nın gelişimimizde, görünümümüzde ve hastalıklara duyarlılığımızda çok önemli bir rol oynadığını biliyor. Bu DNA her hücremizde mevcuttur ve değişmeden kalır; Bir hücre kendini yenilemek için bölündüğünde DNA’sının birebir kopyasını yapar. Peki her hücre aynı DNA ile başlıyorsa neden tüm hücreler aynı şekilde gelişmiyor?

Bu, bilimin çok iyi bir soru olarak adlandırdığı şeydir ve son yıllarda pek çok bilim insanı, odak noktasını epigenetiğe çevirdi; yani dış faktörlerin, hücre içindeki normalde değiştirilemeyen genlerin ifadesini daha kısa veya daha uzun süreler boyunca nasıl değiştirebildiğidir.

Bu faktörler ne yediğimiz, nasıl egzersiz yaptığımız veya nasıl yaşlandığımız olabilir. Bazı araştırmacılar epigenetik değişikliklerin ebeveynden doğmamış çocuğa aktarılabileceğine, yani çocuğu ebeveynin yaşadığı çevreye uyum sağlayacak şekilde kodlayabileceğine de inanıyor. Bazı araştırmacılar ayrıca ebeveynlerdeki stres ve travma gibi psikolojik etkilerin de anne babadan doğmamış çocuğa geçebileceğine inanıyor. Doğmamış bir çocukta epigenetik değişikliklere, örneğin yüksek düzeyde stres hormonuna yol açabilir.

Epigenetik değişiklikler kalıcı değildir ve tersine çevrilebilir.

Moleküller tüm yaşamın temelini oluşturur

“Tüm yaşamın özünde molekülerdir. Dolayısıyla organizmaların moleküler düzeydeki etkilere tepki verdiği fikri mantıklıdır. Ben bir kimyagerim ve spesifik bir epigenetik modifikasyon bir geni etkilediğinde moleküler düzeyde ne olduğuyla ilgileniyorum” diyor Jasmin Mecinovic.

Epigenetik etkiler (ister doğadan ister çevresel faktörler tarafından tetiklenmiş olsun), her hücre çekirdeğinin içindeki DNA’yı çevreleyen belirli yapılarda kimyasal değişiklikleri başlatır. Bu protein yapılarına histon adı verilir ve bunların birincil işlevi, iki metre uzunluğundaki DNA iplikçiklerinin etrafına dolanabileceği bir çerçeve sağlamaktır.

Ama aynı zamanda metaforik olarak DNA’nın dışına uzanan bir kuyrukları da var. Enzimler bu kuyruğa küçük kimyasal grupları ekleyebilir veya çıkarabilir. Enzimler bunu yaptığında, histon aracılığıyla hücre çekirdeğine, içerideki bazı genlerin açılıp kapatılması gerektiğini bildiren bir sinyal gönderir.

Genom, bir organizmanın genetik materyalinin tamamıdır ve muazzam miktarda bilgi içerir; çoğu insan, iki DNA zinciri arasında sayısız şekilde bağlanabilen A, C, G ve T bazlarını muhtemelen duymuştur. Her bağlantı benzersiz bir gene yol açar ve bu da bir organizmadaki hücrenin işlevini belirler. Basit bir ifadeyle, bu bazların bileşimi saç rengi, el tercihi veya ekstra ayak parmaklarının gelişimi gibi özelliklerden sorumludur.

“Bir insan genomu en az 20.000 gen içeriyor, o halde onu 20.000 sayfalık bir kitapla karşılaştıralım: Çok fazla bilgi içeriyor ama her şey aynı anda işin içinde değil. İkimizde de o kitabın bir kopyası olduğunu varsayalım. Ben 10. sayfada açıyorum, siz de 100. sayfada açıyorsunuz.

“Aynı kaynaktan iki farklı bilgi alıyoruz. Genlerde işler böyle yürüyor; Her şeye her zaman erişilemiyor, yalnızca belirli parçalar etkinleştiriliyor. Ve bu aktivasyon, histonlara küçük kimyasal etiketleri bağlayan, çıkaran veya tanıyan proteinler tarafından tetiklenebilir,” diye açıklıyor Jasmin Mecinoviç.

Enzimlerin histonlardaki kimyasal grupları nasıl ve nereye bağladığı ve bu tür değişikliklerin gen ifadesini nasıl kontrol ettiği, araştırmacıların ancak son 30 yılda keşfetme fırsatı bulduğu büyük bir bilmecedir. Değişiklikler o kadar küçük ki, histonların dünyasına bakmak için son derece gelişmiş kimyasal araçlara ihtiyaç duyuluyor.

Spagetti kollarıyla çırpınıp duruyorum

Aynı nedenden dolayı araştırmacılar çoğunlukla DNA iplikçiklerinin etrafına dolandığı dört çekirdek histona odaklandılar. Ancak bağlayıcı H1 adı verilen beşinci bir histon var ki bu o kadar asi ki, çok yakın zamana kadar mevcut teknikleri kullanarak çalışmak imkansızdı.

“Bu histonun sürekli olarak etrafta uçuşan ve fotoğrafını çekmeyi zorlaştıran spagetti kollarına sahip olduğunu hayal edin; sanki fotoğraf çekerken elimi sallarsam bulanıklaşıyor. Ancak bu histon insanlarda ve diğer karmaşık yaşam formlarında mevcut, dolayısıyla önemli bir işleve sahip olmalı ve benim araştırmak istediğim de bu” diyor Jasmin Mecinovic.

Bu yeni projenin temel görevlerinden biri, asi H1 histonunun epigenetik köşelerinde neler olduğunu ortaya çıkarabilecek kimyasal yöntemler geliştirmektir.

Hastalıklara neden olmak

Diğer histonlar gibi H1’in de DNA dışına uzanan bir kuyruğu vardır. Enzimler ayrıca onu değiştirebilir ve bağlayıcı histon aracılığıyla hücre çekirdeğindeki genleri değiştirebilir.

“- “Yani diğer bir temel görev, histonlar, epigenetik proteinler ve DNA ile etkileşimler üzerinde ne gibi bir etkiye sahip olabileceğini görmek için doğal H1’e benzeyecek şekilde özel olarak değiştirebileceğimiz H1 histonlarını oluşturmaya çalışmak olacak” diye açıklıyor Jasmin. Mecinovic.

H1 histonunun diğer biyomoleküllerle moleküler düzeyde nasıl etkileşime girdiğini incelemek temel kimyasal araştırmadır. Bununla birlikte, histonlar genlerin istenmeyen aktivasyonlarına veya baskılanmasına neden olabileceğinden, belirli kanserler ve romatoid artrit, lupus, tip 1 diyabet ve multipl skleroz gibi otoimmün hastalıklara yol açabileceğinden, hastalıklar ve tıpla ilgili araştırmalar da vardır.

Araştırmacı hakkında: Jasmin Mecinovic, Güney Danimarka Üniversitesi Fizik, Kimya ve Eczacılık Bölümü’nde kimya profesörüdür. Oxford ve Harvard’da okuduktan sonra 2018’de Güney Danimarka Üniversitesi’ne katıldı. Grubu, biyolojik süreçleri moleküler düzeyde anlamak için kimyayı kullanıyor.

Finansman: Araştırması şu anda Novo Nordisk Vakfı, Lundbeck Vakfı ve Danimarka Bağımsız Araştırma Fonu tarafından desteklenmektedir.

Bu genetik araştırma haberi hakkında