Çöp DNA ve Sirkadyen Ritim

Daha önce hiç uzun uçak yolculuğu yaptınız mı? Bilirsiniz ki uzun uçak yolculuklarının ardından zaman algımız değiştiği için sersemlik yaşıyoruz. İşte bu etkiyi “Jatlag”, bu sersemliği yaşamamızı da “vücut saat”imizin (sirkadyen ritim) değişmesinden kaynaklı yaşadığımız bir sersemlik olarak tanımlayabiliriz.

Moleküler sirkadyen saatler, vücudumuzun hücrelerine kadar işleyip yalnızca uyku döngümüz değil, birçok noktada sağlığımızı etkiliyor. Bilim insanları uzun sürelerden beri bu sirkadyen saatlerin nasıl işlediğini araştırmakla birlikte Alzheimer, kanser ve diyabet gibi hastalıklarla ilgilerini inceliyorlar.

Proceedings of the National Academy of Sciences’ta yayınlanan bir araştırmaya göre sirkadyen saatlerde yeni bir “çark” keşfedildi. miRNA (mikro RNA) olarak bilinen bu ufak nükleotid zincirler, kodlama sürecinde yer almayıp genom genelinde düzenleyici bir katman görevini üstleniyor.

Bu konu hakkında Güney California Üniversitesine (USC) bağlı Keck Tıp Okulunda nöroloji, biyomedikal mühendis ve bilgisayar biyolojisi profesörü olan Steve Kay şöyle söylüyor: “Bu saat genlerinin işlevlerininn birçok hastalık açısından çok önemli olduğunu gördük. Ancak göremediğimiz bir nokta mevcut: Sirkadyen düzenlerde de son derece önemli rol oynayan tamamen farklı bir gen ağı mevcut. Bunlara kodlama yapmayan miRNA diyoruz.”

“Çöp DNA”

Çöp DNA’yı anlatmaya başlamadan önce, sanıyorum ki sizlere DNA’nın tanımını yapmam gerekiyor. DNA veya Deoksiribonükleik asit, insanlarda ve hemen hemen tüm diğer organizmalarda kalıtsal materyaldir. İnsan vücudundaki hemen hemen her hücre aynı DNA'ya sahiptir. Çoğu DNA, hücre çekirdeğinde (nükleer DNA olarak adlandırılır) bulunur, ancak mitokondride (mitokondriyal DNA veya mtDNA olarak adlandırılır) az miktarda DNA da bulunabilir. Mitokondri, hücrelerin içindeki enerjiyi gıdalardan hücrelerin kullanabileceği bir forma dönüştüren yapılardır. DNA'daki bilgiler dört kimyasal bazdan oluşan bir kod olarak saklanır: adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T). İnsan DNA'sı yaklaşık 3 milyar bazdan oluşur ve bu bazların yüzde 99'undan fazlası tüm insanlarda aynıdır.

DNA bazları, baz çiftleri olarak adlandırılan birimler oluşturmak için birbirleriyle şu şekilde eşlenir: A ile T ikili hidrojen bağıyla ve C ile G üçlü hidrojen bağıyla. Her baz ayrıca bir şeker molekülüne ve bir fosfat molekülüne bağlanır. Birlikte, bir baz, şeker ve fosfat bir nükleotid olarak adlandırılır. Nükleotidler, çift sarmal adı verilen bir spiral oluşturan iki uzun iplikçik halinde düzenlenmiştir. Çift sarmalın yapısı bir merdiven gibidir, taban çiftleri merdivenin basamaklarını oluşturur ve şeker ve fosfat molekülleri merdivenin dikey yan kısımlarını oluşturur. DNA'nın önemli bir özelliği, kendisini kopyalayabilmesidir. Çift sarmaldaki her DNA ipliği, baz dizisini çoğaltmak için bir model görevi görebilir. Bu, hücreler bölündüğünde çok önemlidir, çünkü her yeni hücrenin eski hücrede bulunan DNA'nın tam bir kopyasına sahip olması gerekir. DNA'nın en temel işlevi protein kodlamaktır. Ancak DNA’da protein kodlamayan bazı bölümler vardır. Bu herhangi bir işlevi olduğu bilinmeyen DNA bölgeleri, “Çöp DNA” olarak adlandırılır.

Daha önce çöp DNA olduğu düşünülen Mikro RNA’ların gen ifadesinde etkili oldukları artık biliniyor. Bu moleküller, mRNA’ların (mesajcı RNA) protein üretmesini engellemektedir.Önceki çalışmalarda da miRNA’ların biyolojik saatimizi etkileyebileceği öne sürülmüş, ancak genomdaki yüzlerce miRNA arasından hangilerinin sorun yarattığı belirlenememiştir.

Steve Kay, Keck Tıp Okulu’nun Nöroloji bölümü araştırmacılarından olan Lili Zhou liderliğindeki ekibiyle birlikte, San Diago’daki Novartis Araştırma Vakfı (GNF) bünyesinde bulunan Genom Enstitüsü’nün yardımına başvurdu. Bu kuruluş, yüksek işlem hacmi deneyleri yapabilen robotların üretimini yapmakta. Zhou, GNF araştırmacılarıyla birlikte çalışarak bir robot aracılığı ile 1000’e yakın miRNA’da yüksek işlem hacmini test etti. Bu işlem için miRNA’lar, ekip tarafından geliştirilen, ve 24 saatlik sirkadyen döngsüne göre parlayıp sönebilen hücreler içine birer birer enjekte edildi.

Zhou, “GNF ile iş birliğimiz sayesinde, yüzlerce miRNA arasından sirkadyen ritimleri düzenleyenlerin hangileri olduğunu sistematik olarak tanımlayabilmek için ilk kez hücre tabanlı ve genom genelinde bir görüntüleme yaklaşımını hayata geçirebildik.” ifadelerini kullanıyor. USC biyokimya öğrencisi olan Caitlyn Miller’ın da yardımlarıyla araştırma ekibi, sirkadyen ritimler üzerindeki etkilerini doğrulayabilmek için parlayan hücreler içinde GNF robotu tarafından görüntülenen bazı miRNA’ları devre dışı bıraktı. Bu işlem, miRNA’ları kapatmanın, onların hücreye enjeksiyonuyla tam zıt, olumsuz bir etki yarattığını söyledi.

Mikro RNA’ların Fizyolojik ve Davranışsal Etkileri

Belirli bir miRNA grubu (miR183/96/182) devre dışı bırakılan farelerde yapılan bir araştırmaya göre, farelerin davranışları takip edildiğinde bu zincirlerin inaktif hale getirilmesinin karanlıkta tekerlekte koşma davranışını etkilediği görüldü. Ardından aynı miRNA grubunun (miR183/96/182) beyin, retina ve akciğer dokusu üzerindeki etkileri incelendiğinde, bu grubu devre dışı bırakmanın, sirkadyen ritimleri her doku türünde farklı etkilediğini gösterdi. Böylece miRNA’ların sirkadyen saatimizi düzenlemede oynadıkları rolün her doku türünde farklı olduğu ortaya çıkarıldı. Araştırmacılar, miRNA’ların dokulardaki sirkadyen saatler üzerindeki etkilerinin araştırılmasının, belirli hastalıkların önlenmesi veya tedavisinde ilerleme ve hız kazanmayı sağlayacağını düşünüyorlar.

Kaynak: Popular Science