Tek Bir Mutasyon, Tek Hücrelilikten Çok Hücreliliğe Evrimde Önemli Bir Adımı Sağladı!

Makaleler
Tahmini okuma süresi: 4 dakika
Evrimsel tarihin en önemli basamaklarından çok hücreli yaşamın evrimine doğru atılan ilk adımın, sadece tek bir gen üzerinde meydana gelen basit bir nokta mutasyon ile tetiklenebildiği gösterildi.

2012 yılında yayınlanmış çokhücreli yaşamın evrimine dair bir araştırmada, tekhücreli mayalardan, çokhücreli ilkel (‘kar-tanesi’ adı verilen) yapıların evriminin, uygun koşullarda, sadece 60 gün içinde gerçekleşebildiği gösterilmişti (*).

Çalışmayı gerçekleştiren ekip, 2015 Ocak ayında bir devam çalışması yayınladılar. Yeni makalede, laboratuvarda evrilmiş kar-tanesi hücre kümelerinde anne-yavru hücrelerin birbirlerine tutunmalarına fırsat veren mutasyonlardan en temel olanını tanımlıyorlar.

Laboratuvarda evrilen çokhücreli yapılarda, hücre kümelenmesinin, anne-yavru hücrenin bölünme sonrası -tekhücreli atalardan farklı olarak- ayrılmaması sonucu oluştuğu gözlenmişti.

Yeni çalışmada araştırmacılar, atasal tek hücreleri ve evrimin ilk 7 gününde seçilmiş basit çokhücreli kümeleri karşılaştırdılar. Bunu yapabilmek için, deney sırasında her gün oluşan hücrelerin bir kısmını “canlandırılabilir fosil kaydı” şeklinde -80 derecelik (C) dondurucularda saklamışlardı. Evrimin iki farklı aşamasını temsil eden, 0 günlük tekhücreli ve 7 günlük basit çokhücreli kümeler arasında, hangi genlerin ifadesinin (**) değiştiğine baktılar.

Şekil 1. Sol-üst karede ACE2 geninin işlevsel oldugu (mutasyona uğramamış) atasal tek hücreler görünmekte. Sağ-üst karede ise, solundaki tek hucreli atadan, ilgili gen mutasyona uğratıldığında (silindiğinde), ‘kar-tanesi’ yapıları benzeri biçimde, hücrelerin basitçe birbirlerine tutunduğu gözlenmekte. Alt-sol karede ise, 7 gün seçilim sonunda evrilmeye başlayan basit çokhücreli ‘kar-tanesi’ görülmekte – bu hücrelerde ACE2 geni nokta mutasyonu (***) içeriyor. Sağ-alt kısımda ise, 7 gün sonunda evrilmiş soldaki yapılardan, ACE2 geni işlevli (mutasyona uğramamış) bir kopya ile değiştirildiğinde, evrilmiş kümeler, atasal tekhücreli yapılar gibi (tekhücreli bireyler olarak) davranmaya başlıyor.

Makalede, gen ifadesi oranları evrimsel zaman içinde en fazla azalan 10 genden 7’sinin, hücrelerin yüzeyine yerleşen ve anne-yavru hücre ayrılmasında görevli proteinleri sentezleyen genler oldukları gösteriliyor.

Bu 7 gen, tekhücreli atalarda önemli seviyelerde ifade edilmekteler. Gen ifadesi sonucu sentezlenen proteinler, anne-yavru hücre dış yüzeylerinin birbirlerinden fiziksel olarak ayrılmasını sağlıyorlar. Evrimin sadece 7’nci gününde seçilmiş basit çokhücreli kümelerde ise, bu 7 gen, atasal hücrelerdeki örnekleriyle karşılaştırıldıklarında, 3 ile 16 kat arasında, daha az ifade edilmekteler. Bunun sonucunda da 7-gün seçilmiş hücre kümelerinde anne-yavru hücre ayrımı gerçekleşmeyip, çokhücreli kümelenmeler evrilmeye başlıyor.

Araştırmacılar, 7 genin ifade seviyelerini düzenleyenACE2 isimli ortak bir gen olduğu farkediyorlar. ACE2isimli genin DNA dizisi incelendiğinde, farklı deney tüplerinde bağımsız olarak evrilen kar-tanesi yapılarından yarısında, ilgili genin mutasyona uğramış olduğu gösteriliyor. Bu mutasyonlar sonucunda, ilgiliACE2 geninin kodladığı Ace2 proteininin yapısı değişmekte. Yapısı değişen mutant Ace2-proteini, ifadelerini kontrol ettiği hedef genleri eskisi gibi aktive edemiyor. Bu genlerden, anne-yavru ayrımında iş gören 7 adet hedef proteinin miktarları da dolaylı olarak büyük oranda düşüyor.

Çalışmada bu bulgu deneysel olarak doğrudan da kanıtlanıyor. Bunun için araştırmacılar, tekhücreli atalarda ACE2 genini genetik yöntemlerle tamemen sildiler. Bu tekhücreli yapıların, deneyde evrilen basit çokhücreli kümelenmelerde olduğu gibi birbirlerine tutunduklarını, yani “çokhücrelileştikleri” görüldü (Şekil 1, üst panel, sol ve sağ kareler).

Ekip, bununla da yetinmeyip, 7 günlük seçilim sonucu evrilen basit çokhücreli kümelerde mutasyona uğramış işlevsiz ACE2 genini, bu sefer, mutasyona uğramamış (işlev gören) atasal ACE2 gen kopyası ile değiştiren araştırmacılar, bu sefer de evrilmiş çokhücreli kümelerin, tekhücreli atalar gibi davrandıklarını gösteriyorlar (Şekil 1, alt- sol ve sağ kareler).

Elbette ilgili araştırma için yayınlanan son çalışma bu olmayacak. Araştırmacılar genetik değişimleri sınırlı bir düzlemde, sadece 7 günlük evrim sonucu oluşan kar-tanesi hücre kümelerinde, ve anne-yavru hücre ayrılmaması bağlamında incelemekteler. Çokhücreli yaşamın evriminde iş-bölümünün evriminin çok daha önemli bir adım olduğu daha önce tartışılmıştı. Araştırmacılar da, 60 gün ve devam eden 227 gün evrim sonucunda seçilen çokhücreli kümelerde, iş-bölümüne örnek olabilecek özellikler gözlemişlerdi. Şimdi sırada, iş-bölümünün evrimine örnek olarak sundukları gözlemlerini, genetik ve moleküler çalışmalarla incelemeye devam etmek var.

Ayrıca, çalışmayı yürüten araştırmacı Will Ratcliff’in, ilgili kar-tanesi yapılarının laboratuvar seçilimini devam ettirdiğini, ve çokhücreliliğin hangi çevresel şartlarda, tekhücreli yapılara göre avantajlı olduğunu incelediğini tahmin edebiliriz. Aynı zamanda evrimsel seçilim deneylerini laboratuvarında devam ettirirdiğini kabul edersek, ileride iş-bölümünün evrimi ile ilgili karşımıza daha da ilginç sonuçlarla çıkacağını düşünmek, yine heyecan verici olacaktır.

Özet olarak araştırma, çokhücreli kümelerin evriminde sadece tek bir gen üzerinde meydana gelen tek bir harf değişimi ile, çok önemli bu evrimsel “sıçramanın” ilk adımının, tahminlerden daha basit bir genetik değişim ile atılabileceğini önermekte. Araştırmacılar makalelerinde, evrimsel tarihin başlıca değişimlerinden olan çokhücreliliğe geçiş gibi “makro” düzeyde değişimlerin, uygun çevresel koşullarda, “mikro” değişimler ile tetiklenebileceğini tartışmaktalar. Bu da makro ve mikro evrim ayrımlarının, bu gibi örneklerin de gösterdiği gibi, çapraşık olabileceğini önermekte.

Kaynak: Bilimsol

İlgili makale: Ratcliff, W. C. vd. Origins of multicellular evolvability in snowflake yeast. Nat. Commun. 6:6102 doi: 10.1038/ncomms7102 (2015).

Notlar: 

(*) Çok hücreli yaşam laboratuvarda 60 gün içinde evrildi: bilimsol

(**) Gen ifadesi: Genler DNA üzerinde başlama ve sonlama harfleri ile belirlenmiş harf (nükleotid) dizileridir. Bu harf dizileri, işlevsel (örneğin anne-yavru hücre ayrımında görevli) birimler olan proteinlere sentezlenirken, öncelikle ara molekül olan, mRNA (mesajcı RNA) molekülüne sentezlenmekteler. İlgili mRNA molekülünün sentezlenmesine ‘gen ifadesi’ adı veriliyor. mRNA molekülleri miktarındaki artış veya azalışlar dolaylı olarak protein molekülleri miktarında artış veya azalışlara karşılık gelmekte. Bir protein miktarının azalması ise, bu çalışmada önerildiği gibi, ilgili işlevin (anne-yavru hücre ayrılması) gerçekleşmemesine sebep olabiliyor.

(***) Nokta mutasyon: DNA yeni nesile aktarım için kopyalanırken gerçekleşen hata sonucu, DNA’yı oluşturan harflerden (A, T, G, C) birinin yerine bir diğer harfin yerleştirilmesi.

Facebook Yorumları
Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.
%d blogcu bunu beğendi: