Çok Hücreli Yaşamın Tek Nokta Mutasyonuyla Evriminde İlk Adım

Evrim tarihinin en önemli aşamalarından biri olan çok hücreli yaşamın evrimine doğru ilk adımın yalnızca tek bir gende meydana gelen basit bir nokta mutasyonuyla başlayabileceği gösterilmiştir. Çok hücreli yaşamın...
mts

Evrim tarihinin en önemli aşamalarından biri olan çok hücreli yaşamın evrimine doğru ilk adımın yalnızca tek bir gende meydana gelen basit bir nokta mutasyonuyla başlayabileceği gösterilmiştir.

Çok hücreli yaşamın evrimi üzerine 2012 yılında yayınlanan bir araştırma, tek hücreli mayalardan çok hücreli ilkel yapıların (sözde “kar tanesi”) evriminin uygun koşullar altında sadece 60 günde gerçekleşebileceğini gösterdi (*). Araştırma ekibi bulgularını bir takip çalışmasının parçası olarak Ocak 2015’te yayınladı. Yeni bir makalede, laboratuvarda evrimleşen hücre kümelerinde anne ve bebek hücrelerinin birbirine yapışmasını sağlayan mutasyonların en temelini belirlediler. Laboratuvarda gelişen çok hücreli yapılarda, tek hücreli babalardan farklı olarak anne ve çocuk hücrelerinin bölünmesinden sonra hücre topluluğunun ayrılmadığı görülmüştür. Yeni bir çalışmada, araştırmacılar tek ebeveynli hücreleri ve evrimin ilk yedi gününde seçilen basit çok hücreli kümeleri karşılaştırdı. Bunu yapmak için, deney boyunca her gün oluşan hücrelerin bir kısmını -80 derece (C) dondurucularda “geri kazanılabilir artık nota” şeklinde tuttular. Evrimin iki farklı aşamasını temsil eden, 0 günlük tek hücreli ve 7 günlük basit çok hücreli kümeler arasında hangi gen ifadesinin (**) değiştiğine baktılar.

Sol-üst kadrda ACE2 geninin funksional olduğu (mutasiyaya uğramamış) tək ata hüceyrələr görünür. Sağ-üst kadrda isə solundakı təkhüceyrəli atadan əlaqəli gen mutasiyasına mərz qoyulduğunda "qar-dənəsi" strukturları bənzər şəkildə hüceyrələrin sadəcə bir-birlərinə yapışdığı müşahidə edilməkdədir. Alt-sol kadrda isə 7 günlük seçmə nəticəsində təkamülləşməyə başlayan sadə çoxhüceyrəli "qar-dənəsi' müşahidə edilir - bu hüceyrələrdə ACE2 geni nöqtə mutasiyası (***) ehtiva edir. Sağ-alt qisimdə isə 7 günün sonunda təkamülləşmiş soldakı strukturlarda, ACE2 geni funksiyalı (mutasiyaya uğramamış) bir kopiya ilə dəyişdirildiyində təkamülləşmiş çoxluqlar ata təkhüceyrəli strukturlar kimi (təkhüceyrəli fərdlər olaraq) davranmağa başlayır.
Şekil 2. Sol üst çerçevede, ACE2 geninin işlevsel olduğu (mutasyona uğramamış) tek ana hücreler görülebilir. Sağ üstteki çerçevede soldaki tek hücreli babadan gelen gendeki mutasyon sınırlı olduğunda, “kartopu” yapılarının da benzer şekilde basitçe birbirine yapıştığı görülmektedir. Sol alt çerçevede, 7 günlük seçimin bir sonucu olarak gelişmeye başlayan basit bir çok hücreli “kartopu” vardır – bu hücreler ACE2 gen nokta mutasyonunu içerir (***). Bir (mutasyona uğramamış) kopya ile değiştirildiğinde, evrimleşmiş kümeler baba tek hücreli yapılar gibi davranmaya başlar (tek hücreli bireyler olarak).

Makale, evrim sırasında gen ekspresyon oranları en çok düşen 10 genden 7’sinin, hücrelerin yüzeyinde bulunan ve anne-çocuk hücre bölünmesinden sorumlu proteinleri sentezleyen genler olduğunu gösteriyor. Bu 7 gen, tek hücreli atalarda önemli seviyelerde ifade edilmez. Gen ekspresyonu sonucunda sentezlenen proteinler, anne ve bebek hücrelerinin dış yüzeylerinin fiziksel olarak ayrılmasını sağlar. Ancak evrimin sadece 7. gününde seçilen basit çok hücreli kümelerde, bu 7 gen, ana hücrelerdeki örneklerine kıyasla 3 ila 16 kat daha az ifade edilir. Sonuç olarak anne-çocuk hücre farklılaşması seçilen hücre kümelerinde 7 gün boyunca gerçekleşmez ve çok hücreli kümeler gelişmeye başlar. Araştırmacılar, 7 genin, ifade seviyelerini düzenleyen ACE2 adlı ortak bir gene sahip olduğunu buldular. ACE2 adlı bir genin DNA dizisi incelendiğinde, ilgili genin, farklı deney balonlarında bağımsız olarak gelişen kartopu yapılarının yarısında mutasyona uğradığı gösterilmiştir. Bu mutasyonların bir sonucu olarak, ilgili ACE2 geni tarafından kodlanan Ace2 proteininin yapısı değişir. Yapısal mutant, daha önce olduğu gibi Ace2 protein ekspresyonu için kontrol ettiği genleri aktive edemez. Bu genlerden anne-çocuk ayrımına etki eden 7 hedef proteinin miktarları da keskin bir şekilde düşer. Bu bulgu doğrudan deneysel olarak kanıtlanmıştır. Bunu yapmak için araştırmacılar, tek hücreli atalarda ACE2 genini genetik yöntemlerle tamamen sildiler. Bu tek hücreli yapıların birbirine, yani pratikte gelişen basit çok hücreli setlerde olduğu gibi “çok hücreli” yapılara yapıştığı görülmüştür (Şekil 2, üst panel, sol ve sağ çerçeveler). Grup bundan memnun değildi. Mutasyona uğramamış ACE2 genini, 7 günlük örnekleme sonucunda gelişen basit çok hücreli kümelerde, bu kez mutasyona uğramayan (işlev gören) ACE2 geninin bir kopyasıyla değiştiren araştırmacılar, evrimleşmiş çok hücreli kümelerin tek hücreli babalar gibi davrandığını gösterdi. ). Elbette bu, ilgili araştırma için yayınlanan son çalışma olmayacak. Araştırmacılar, sınırlı bir aralıkta, sadece 7 günlük evrimin sonucu olan bir kartopundaki hücre sayısında ve anne-çocuk hücre bölünmesinin içeriğindeki genetik değişiklikleri inceliyorlar. Çalışan kısmın evriminin, çok hücreli yaşamın evriminde çok daha önemli bir adım olduğu zaten tartışılmıştı. Araştırmacılar ayrıca 60 gün ve 227 günlük evrimin bir sonucu olarak seçilen çok hücreli kümelerde rol model olabilecek özellikler de gözlemlediler. Şimdi, çalışma kısmının evriminin örnekleri olarak gözlemlerini genetik ve moleküler çalışmalar olarak incelemeye devam etme zamanı.

Çalışmayı yapan araştırmacı Will Ratcliff’in kar taneleri için laboratuvar yapıları seçmeye ve çok hücreliliğin tek hücreli yapılardan hangi çevresel koşullar altında üstün olduğunu araştırmaya devam ettiğini de söyleyebiliriz. Aynı zamanda, evrimsel seçilim ile ilgili deneylerine laboratuvarında devam ettiğini kabul edersek, ileride çalışmalarının evrimi ile bağlantılı olarak daha da ilginç sonuçlar ortaya çıkaracağını düşünmek heyecan verici olacaktır. Özetle araştırmalar, çok hücreli kümelerin evrimindeki bu çok önemli evrimsel “sıçramanın” ilk adımının, tek bir gende meydana gelen tek bir harf değişikliğiyle, daha önce düşünülenden daha basit bir genetik değişimle yapılabileceğini göstermektedir. Araştırmacılar makalelerinde, evrim tarihinin en büyük değişikliklerinden biri olan çok hücreliliğe geçiş gibi “makro” düzeydeki değişikliklerin, uygun çevresel koşullar altında “mikro” değişikliklerle nasıl tetiklenebileceğini tartışıyorlar. Bu, makro ve mikro evrim arasındaki farklılıkların, bu tür örneklerin gösterdiği gibi karmaşık olabileceğini göstermektedir. İlgili makale: Ratcliff, WC vd. Bir kar tanesi mayasında çok hücreli evrimleşebilirliğin kökenleri. Nat. Commun. 6: 6102 doi: 10.1038 / ncomms7102 (2015). Notlar:(**) Gen ifadesi : Genler, DNA üzerinde başlangıç ​​ve bitiş harfleri ile tanımlanan harf (nükleotid) dizileridir. Bu harf dizileri, fonksiyonel birimler olan proteinler halinde sentezlendiğinde (anne-çocuk hücre farklılaşmasından sorumlu olanlar gibi), önce ara molekül olan mRNA (haberci RNA) molekülüne sentezlenirler. MRNA molekülünün sentezine “gen ekspresyonu” denir. MRNA moleküllerinin sayısındaki artış veya azalışlar, protein moleküllerinin sayısındaki artış veya azalmalarla doğrudan ilişkilidir. Bir protein miktarındaki bir azalma, bu çalışmada önerildiği gibi, ilgili işlevin (anne-çocuk hücre bölünmesi) gerçekleşmemesine neden olabilir. (***) Nokta mutasyonu : Yeni nesile aktarılmak üzere DNA kopyalanırken oluşan bir hata sonucunda DNA’yı oluşturan harflerden birinin (A, T, G, C) başka bir harfle değiştirilmesi.

Kategoriler
Bilim
Henüz Yorum Yok

Cevap bırakın

*

*

Benzer Konular