Genom Mimarisinde Tekrarlayan DNA

[0lumGunuTM]

HERAKLES Otomatik Avlı kalıcı sunucu. 19 Haziran'da açılıyor. Atius & Wizard güvencesiyle hemen kayıt ol, ön kayıt ödülleri aktif. HEMEN TIKLA!

Genom, canlının geçmiş ve geleceğinin kayıt defteridir. Genomda üç farklı zaman ölçeğine ait üç farklı hiyerarşik seviyenin bilgisi dinamik olarak depolanır:

Birincisi, organizmanın var oluşunu tarif eden karakteristik bilgi kalıplarının nesiller boyunca aktarımında vazife alan, dolayısıyla uzun vadeli bilginin oldukça stabil DNA dizisinde saklanması.

İkincisi, hücre seviyesinde birkaç nesil aktarılan orta vadeli epigenetik özellikteki bilgilerin depolanması. Epigenetik bilgi DNA'nın nükleotid dizilerinde değil, bu dizilerin kimyevî modifikasyonunda (GC dinükleotid dizi tekrarlarının metilasyon gibi) depolanır.

Üçüncüsü, hücrenin hayat çevrimi içinde yaşadığı hâdiselere, değişimlere hızlı uyum sağlamak için DNA'nın proteinler ve RNA molekülleri ile dinamik etkileşimleri neticesi oluşan bilginin, nükleoprotein veya DNA-protein kompleksleri şeklinde depolanmasıdır.

DNA'nın üç farklı zaman ölçeğinde ve üç farklı hiyerarşik seviyede veri-bilgi depolama kapasitesi, genomun hücre faaliyetlerinde ve kalıtımda pek çok rol oynadığını gösterir. Genomun veri ve bilgi depolayabilmesi için biçimlendirilmesi, çeşitli özelliklerdeki DNA dizileriyle yapılır. Genomik sistem, tekrarlayan DNA dizileriyle yapılandırılmıştır. Çok sayıda ve değişik sıklıklarda tekrarlayan DNA dizileri (satelit) birer işaret fonksiyonu görür. Genomda bilgisayar sistemine benzer şekilde genomik klasörler vardır. Genomun epigenetik indeksi olarak tanımlanan bu genomik klasörler, kromatinin yeniden modellenmesinde, genom faaliyetlerinin koordineli şekilde kontrol edilmesinde vazife görürler. Tekrarlayan DNA dizileri, genomun replikasyonunu (DNA'nın kopyasının çıkarılması), yavru hücrelere birer kopyasının dağıtılmasını ve kromatinlerin örgütlenmesini mümkün kılan destekleyici sistemlerin inşasında kritik rol oynarlar.

Genomun çalışmasını, elektronik bilgi sisteminde kullanılan harddisk veya hafıza çubukları örneğiyle daha kolay anlayabiliriz. Temelde bir veri-bilgi saklama ortamı olan genomun harddiskten farkı, yaratılışı gereği kopyalanabilmesi ve bu kopyaların yavru hücrelere aktarılabilmesidir. Genomun ancak hücredeki çeşitli bilgi-işlem modülleriyle etkileştiğinde fonksiyon kazandığına şunlar örnek verilebilir: a) Hücredeki DNA replikasyon sistemi vasıtasıyla genomun bir kopyası üretilir; b) Kromozomları ayrıştırma sistemi (sentrozom ve mikrotubul) çalışıyorsa, her genomun yavru hücrelere doğru şekilde aktarılması mümkün olur; c) Temel transkripsiyon sistemi, DNA'daki bilginin RNA'ya kopyalanmasına vesile olur. Transkripsiyon faktörleri ve sinyal iletim ağlarıyla, transkripsiyonun seviyesi ve zamanı kontrol edilerek farklı gen okunma desenleri oluşturulur.

Genomdaki protein kodlayan diziler, farklı yerlere serpiştirilmiş sinyaller ve tekrarlayan DNA dizileri birbirlerine bağlanarak son derece girift düzene sahip genom sistem mimarileri çizilir. Genomun formatlanması, bilgisayar programlarının formatlanmasına benzer. Nasıl bilgisayar dillerinde tekrarlayan çeşitli dizi komutları, ihtiva ettikleri orijinal bilgiden bağımsız olarak dosyaları adreslemek için kullanılıyor ve farklı bilgisayar sistemleri verileri almada ve programları yönetmede farklı sinyalleri ve mimarileri kullanıyorsa, benzer şekilde çeşitli canlı türleri, çoğu zaman tekrarlayan DNA dizilerini ve kromozomal yapıları kodlu bilgiyi organize etmede ve genomlarını formatlamada kullanırlar.

Tekrarlayan DNA dizilerindeki sıklık ve çeşitlilik, farklı genomik sistem mimarilerinin inşasında kullanılan yapıtaşlarıdır. Farklı organizmaların genomları, farklı işletim sistemine ve donanımına sahip bilgisayarlara benzer şekilde karakteristik sistem mimarilerine sahiptirler. Meselâ hayvan hücreleri, dış ortamdan DNA parçalarını alıp kendi genomlarına entegre etme konusunda iyi bir model olarak yaratılmıştır. Canlıların kendi içlerindeki genetik bilgi aktarılması dikey gen transferi; diğer türler, cinsler ve sınıflar arasındaki gen aktarılması ise, yatay gen transferi olarak bilinir. Mobil DNA dizilerinden olan transpozonlar, çok güçlü yatay gen transferi ajanlarıdır.

Hücre farklılaşması ve morfogenez (hücreden doku ve organ teşekkülü) programları DNA dizisinin birincil yapısında her şeyiyle kodlu değildir. Genomda modüler program bileşenleri esnek şekilde kodlanmış olup, bunların sürekli yeni rekombinasyonel düzenlemeleri ihtiyaca göre gerçekleştirilir. Tek bir genom kullanılarak çok farklı organizmaların yaratılmasında sebep olarak böyle bir genom mimarisi kullanılmıştır. Buna, omurgasızlarda tırtıl ve kelebek gibi farklı organizmaların oluşumu olan metamorfoz hâdisesi güzel bir örnektir.

Genom sistem mimarisi perspektifinden genomdaki protein ve RNA şifreleri aynı olan iki organizma farklı iki tür olabilir. Çünkü farklı genom sistem mimarileri ve farklı türde tekrarlayan diziler, üreme hücrelerinin uyuşmazlığına, genetik kod dizilerinin farklı şekilde okunma motiflerine ve ekolojik çeşitliliğe yol açabildiğinden, türlerin ayırt edilmesinde önemli bir kriterdir. Bundan dolayı, tekrarlayan DNA dizileri, biyolojik akrabalıkları çalışmada oldukça önemlidir. Günümüzde adlî tıpta fertler arası akrabalığı belirlemede tekrarlayan DNA dizilerinden oluşan mikrosatelit DNA kullanılır. Bitki türleri, kromozomlarının sentromerlerindeki tekrarlayan diziler bakımından farklılaştıklarından, buradaki farklılıklar, türleri ayırt etmede kullanılır. Genom sistem mimarisinin ana belirleyicileri; tekrarlayan DNA dizilerinin çeşitliliği, sıklığı ve genomdaki yerleşim düzenidir. Örnek verilecek olursa, sentromerlerde ardışık olarak tekrar eden diziler, telomer tekrarları ve transkripsiyon, kromatin paketlenmesi, çekirdek yerleşimi gibi hücre faaliyetlerinde rol alan genoma dağıtılmış tekrarlayan diziler, sistem mimarisinin temel unsurlarıdır. Genom tek bir entegre sistem olup, tekrarlayan dizileri kullanan haberleşme ağları tarafından hem yakından, hem de uzaktan kontrol edilir.

Bediüzzaman Hazretleri, genomun ne olduğu hakkındaki düşüncelerini, çekirdek ve tohum terimlerini kullanarak, 30. Söz'ün İkinci Maksad'ı olan Zerre Risalesi'nin haşiyesinde veciz şekilde belirtmiştir: "İmam-ı Mübin, geçmiş ve geleceğin ve bilinmeyen âlemlerin etrafında dal, budak salan yaratılış ağacının bir programı, bir fihristesi hükmündedir. İlâhî kaderin bir defteri ve düsturlar mecmuasıdır. O düsturların imlası ve hükmü ile atom ve moleküller (zerreler) eşyanın vücudlarındaki hizmetlerine ve hareketlerine sevk edilir. Her şeyin hususi vücudları ve mahsus suretleri ona göre biçilir, dikilir ve giydirilir. Kaderin hükmüyle ve düsturu ile İlâhî kudret, eşyanın icadında her biri birer âyet olan varlıklar zincirini, 'Levh-i Mahv ve İsbat' denilen zamanın misâlî sahifesinde yazıyor, icad ediyor ve atomları hareket ettiriyor. Zamanın hakikati ve misali bir sahifesi olan Levh-i Mahv ve İsbat kudret kitabının, ilm-i İlâhînin bir defteri olan levh-i mahfuza göre bir tecelli yeri olduğu hâlde felsefe tarafından tabiat olarak isimlendirilmiştir."

Buna istinaden, denebilir ki, bir çekirdek, bütün ağacın teşkilâtını tanzim edecek olan programlar, fihristeler ve o fihriste ve programları tayin eden o tekvini emirlerin küçücük bir mücessemi (cisimleşmiş, maddî elbise giymiş hâli) hükmündedir. Bir nevi ilim ve emr-i İlâhînin unvanı olan İmam-ı Mübin defteri, şimdiki zamandan ziyade geçmiş ve geleceğe baktığından çekirdek veya tohumun içindeki genom da, canlının geçmiş ve geleceğinin yazıldığı bir kütüphane ve arşiv hükmündedir.

DNA'daki farklı bilgileri kodlayan diziler
Genomda farklı DNA dizilerine karşılık gelen farklı bilgi türleri mevcuttur. Protein kodlamadıkları için yıllardan beri çöp (junk) DNA olarak kabul edilen bu DNA dizilerinin aslında genom mimarisinde hayretengiz fonksiyonlarla vazifelendirildikleri tespit edilmiştir. Meselâ; 1) Genlerin koordineli veya ardışık olarak okunmasını sağlayan grup belirleyici diziler; 2) DNA'nın RNA'ya transkripsiyonunun başlatılmasında ve sonlandırılmasında belirteç görevi üstlenen diziler; 3) Primer ham RNA dizilerinin daha küçük fonksiyonel RNA'lara dönüştürülmesinde vazifeli sinyal dizileri; 4) Genlerin ne sıklıkta okunacağını belirlemede vazifeli transkripsiyon kontrol dizileri; 5) Kromatin yoğunlaşması ve kromatinlerin yeniden modellenmesi için başlangıç bölgelerini işaretleyici ve belirleyici diziler; 6) Çekirdek veya çekirdekçikte genomun mekan yerleşimini etkileyen bağlanma bölgeleri oluşturucu diziler; 7) DNA'nın metil gibi fonksiyonel gruplarla kovalent modifikasyonunun (metilasyon) gerçekleştirileceği bölgeleri adresleyen diziler; 8) DNA replikasyonunu başlatıcı bölgelerin tarif ve kontrolünde vazifeli diziler; 9) Telomer uçlarında replikasyonun tamamlanmasına izin veren yapıları oluşturan diziler; 10) Kopyalanmış DNA moleküllerinin yavru hücrelere eşit sayıda dağıtılmasını mümkün kılan ayrıştırma noktalarındaki diziler ve sentromer dizileri; 11) DNA'daki hataları düzeltme ve zararı tamir için gerekli yol gösterici diziler; 12) Genomun yeniden paketlenmesinde kullanılan başlangıç noktası dizileri.

Tekrarlayan diziler pek çok canlının genomunda bulunur ve yapı bakımından çok çeşitlidir. Tekrarlayan elementler, heterokromatin bölgeler için başlatıcı veya sınırlandırıcı fonksiyon görürler. Ayrıca DNA yapısının katlanması için önemli bir iskele ve tutunma noktaları oluştururlar. Adeta genomun çok küçük bir alana sığdırılması için hususi şekilde paketlenmesinde mimari kalıp görevi üstlenirler. Genomda tekrarlayan dizilerin oranı (% 60–90), protein ve RNA kodlayan dizilerin oranından (% 10–40) çok fazladır. Örnek verecek olursak, insan genomunda kromozomlar heterokromatin ve eukromatin şeklinde DNA-protein paketlenmelerinden oluşur. Heterokromatin bölgeler genelde transkript edilmeyen, eukromatin bölgeler ise transkript edilen DNA bölgelerinden oluşur. İnsan DNA'sında protein kodlayan dizilerin toplam DNA'ya oranı yaklaşık % 1,2'dir. Eukromatin bölgelerinin % 43'lük kısmı, tekrarlayan DNA ve mobil DNA unsurlarından meydana gelmiştir. Heterokromatin bölgenin % 18'lik kısmı da satelit DNA (tekrarlayan DNA dizi yoğunluğu) ve mobil DNA unsurlarından oluşur. Dolayısıyla genomun yaklaşık % 50'si tekrarlayan DNA dizilerinden meydana getirilmiştir. Bakterilerde ise tekrarlayan diziler, genomun % 5–10 kadarını oluşturur. Şimdiye kadar bilim insanları ve günümüzde hâlâ pek çok araştırmacı tarafından bu tekrarlayan diziler, çöp-işe yaramaz, bencil, parazitik DNA yapıları olarak tarif edilmişti. Günümüzde de mobil DNA unsurları ve tekrarlayan diziler, genom parazitleri olarak kabul edilmesine rağmen, son 10 yıldır yapılan araştırmalar, bunun doğru olmadığını, bilakis tekrarlayan dizilerin, genom fonksiyonları için hayatî derecede önemli olduğunu ortaya koymaktadır.

Tekrarlayan DNA dizileri, kromatin (DNA ile protein paketlenmesinin yoğunlaşmış hâli) yapısını iki şekilde etkiler. Dağıtık tekrarlayan DNA dizi kopyaları, kromatinleri organize eden proteinler için bağlanma bölgeleri ihtiva ederler. Heterokromatin (daha yoğun paketlenmiş olduğu için koyu renk gözüken kromatin) transkripsiyonu ve rekombinasyonu engeller, replikasyonu geciktirir ve genellikle kod ihtiva eden DNA dizisindeki bilginin okunmasını bloke eder. Heterokromatin bölgeleri, kromozom boyunca dağılmıştır. Bu yüzden ikili ardışık tekrarlayan diziler ihtiva eden bölgelerin varlığı, heterokromatin bölgenin oluşmasını tetikler. Meyve sineklerindeki kromozom düzenlemeleriyle, göz pigmentasyonu için gerekli proteinleri kodlayan lokusların, sentromerlerdeki heterokromatin bloklarının yanına yerleştirilmesi (pozisyon tesiri fenomeni) sağlanır ve böylece fenotipik karakterlerin oluşumu engellenebilir. Pozisyon tesiri fenomeni, genomun kısmen tekrarlayan DNA dizilerinin muhteviyatıyla entegre edilmiş büyük bir sistem olduğuna güzel bir delildir. Meyve sineğinin XYY erkeklerinde heterokromatin miktarı arttığında, yeniden düzenlenmiş göz pigmentasyonunun okunması da azalır. XO erkeklerde heterokromatin azaldığında, engellenme daha da ciddileşir. Heterokromatine has belli DNA bölgelerine bağlanan protein seviyelerindeki değişme zıt tesirler yapar. Bu proteinlerin azalması, posizyon tesirini azaltır veya baskılar. Bu proteinlerin fazla sentezi de posizyon tesirini zenginleştirir.

Tekrarlayan DNA dizileri, genomun yavru hücrelere aktarılmasında da önemli rol oynar. Meselâ kormozomların mikrotübüllere tutunma bölgeleri olan sentromerlerin oluşumunda, lineer kormozomların uçlarının replikasyonunda gamet oluşumu sırasında ve kromozomların eşleşmesinde rol alırlar. Tekrarlayıcı dizilerin dağılışı, bir genomun fonksiyonlarını nasıl yapacağını belirlemede anahtar rol oynar. Her genom, büyük ölçüde tekrarlayan DNA dizisi miktarına bağlı olarak şekillenen karakteristik genom sistem mimarisine sahiptir.

Kâinat ve Kur'ân, Kudret-i Sonsuz'un iki kitabı olduğundan, her iki kitabın mimarî sisteminde ciddi seviyede paralellikler vardır. Nasıl Kur'ân-ı Kerîm'de belirli kelimeler ve ifadeler çok sık tekrar edilmişse, genomda da belli diziler ehemmiyetine ve ihtiyaca binaen çok sık tekrar edilmiştir. Nasıl Kur'ân-ı Kerîm'de her bir âyetin çok mânâları, çok faydaları, çok yönleri ve tabakaları vardır; nasıl bunlar her bir makamda ayrı bir mânâ, fayda ve maksatlar için tekrarlanmaktadır, benzer şekilde genomdaki tekrarlayan diziler de farklı yerlerde farklı fonksiyonlar üstlenmektedir. Bu açıdan hücrelerin bir bakıma İmam-ı Mübin defteri olan genomlarının düzeni, Kur'ân-ı Kerîm'de âyetlerin yerleşim düzenine çok benzer. Yine Kur'ân nasıl çok yönlü ve mânâlı fonksiyonlu câmi bir kitap ise, genom da sadece protein ve RNA şifrelerini içeren bir kitap olmayıp, hücrenin hayatiyeti için çok fonksiyonları olan kompleks bir sistem mimarisine sahiptir. Çok ihtiyaç duyulan diziler, çok sık tekrar edilmiştir. Bediüzzaman'ın (ra) ifadesiyle, cismânî ihtiyaç gibi, mânevî ihtiyaç da muhteliftir. Bazısına insan her nefes muhtaç olur: cisme hava, ruha Hû gibi. Bazısına her saat: Bismillâh gibi ve hâkezâ... Demek, tekrar-ı âyet, ihtiyaçların tekrarından ileri geldiği gibi genomdaki tekrarlayan diziler de ihtiyaçtan kaynaklanmaktadır. Zannedildiği gibi çöp, parazit (junk) DNA değildir.