Genetikte Yeni Keşif: Mendel Kanunlarını Yıkan Kalıtsal Özellikler

Hızlı Erişim / İçindekiler

• Mendel Kanunlarının Sınırları ve Epigenetik
• Mendel Dışı Epigenetik Kalıtımın Yeni Kanıtları
• Ebeveynlerde Olmayan ve Yoktan Var Eden Kimyasal İşaretler
• Memelilerde İlk Kez Görülen Paramütasyon Olgusu
• İnsan Sağlığı ve Hastalıklar İçin Yeni Bir Dönem

Modern biyolojinin sarsılmaz sütunlarından biri olarak kabul edilen Gregor Mendel’in kalıtım yasaları, nesiller boyu özelliklerin nasıl aktarıldığını anlamamızın temelini oluşturdu. Lise biyoloji derslerinden beri bildiğimiz baskın ve çekinik gen kavramı, canlılığın çeşitliliğini açıklamakta uzun süre tek otorite olarak görüldü. Ancak fareler üzerinde yürütülen ve uluslararası saygınlığa sahip hakemli bir dergide yayımlanan devrim niteliğindeki yeni bir çalışma, kalıtımın sadece DNA diziliminden ibaret olmadığını gözler önüne seriyor. Bilim insanları, klasik genetik kurallarını tamamen devre dışı bırakan, adeta biyolojik ezberleri altüst eden epigenetik değişikliklerin varlığını ortaya çıkardı. Keşfedilen yüzlerce vaka, çevresel faktörlerin ve yaşam deneyimlerinin, genom dizisini değiştirmeden de sonraki nesillere aktarılabileceğini kanıtlıyor.

Mendel Kanunlarının Sınırları ve Epigenetik

Klasik genetik anlayışa göre, memeli canlılar her bir ebeveynden birer alel (gen varyantı) alır. Bu alellerin baskınlık veya çekiniklik durumuna göre de canlının fiziksel ve biyolojik özellikleri şekillenir. Fakat hücrelerimizde sadece çıplak DNA dizilimi bulunmaz; bu dizilimin üzerine adeta post-it notları gibi yapışan, genlerin ne zaman çalışıp ne zaman susacağını belirleyen kimyasal işaretler de mevcuttur. Epigenetik olarak adlandırılan bu mekanizma, DNA kodunu değiştirmeden gen fonksiyonlarını yönlendirir. Güncel biyoloji haberleri içerisinde büyük heyecan yaratan yeni araştırmada, bu kalıtsal epigenetik işaretlerin yaklaşık %7’sinin Mendel'in klasik yasalarına uymadığı net bir şekilde saptandı. Daha önce sadece bitkilerde ve meyve sineklerinde gözlemlenen, memelilerde ise asla rastlanmayan nadir kalıtım formları ilk kez laboratuvar ortamında farelerde belgelendi. Uzmanlar, genom dizilimindeki rastgele mutasyonların evrimsel süreçte yeni özellikler kazandırmasının çok uzun zaman aldığını, buna karşın Mendel dışı epigenetik kalıtımın çevresel baskılara karşı çok daha hızlı ve dinamik bir adaptasyon kapısı araladığını belirtiyor.

Mendel Dışı Epigenetik Kalıtımın Yeni Kanıtları

Genomik damgalama (genomic imprinting) adı verilen süreçte, bir alel metilasyon adı verilen kimyasal bir işlemle işaretlenir ve etkili bir şekilde susturulur. Bu işaretler sperm veya yumurta hücrelerinden köken alarak yavruya aktarılır. Johns Hopkins Üniversitesi ve Texas A&M Üniversitesi araştırmacılarının ortaklaşa yürüttüğü çalışmada, beş yeni gende daha bu damgalama mekanizması keşfedildi. Ancak araştırmanın sınırları bununla kalmadı; Mendel çerçevesine hiçbir şekilde sığmayan epigenetik kalıtım kalıplarının, tahmin edilenden çok daha yaygın olduğu anlaşıldı. Bilim insanları, üç nesil boyunca farelerin doku örneklerini inceleyerek genlerin açılıp kapanmasını düzenleyen "promoter" bölgelerindeki DNA metilasyonunu (karbon ve hidrojen atomlarından oluşan kimyasal grupların bağlanması) titizlikle takip etti. Toplamda üç kuşaktan düzinelerce farenin genomik ve metilasyon verileri, yeni geliştirilen gelişmiş laboratuvar ve bilgisayar tabanlı analiz yöntemleriyle eş zamanlı olarak incelendi.

Ebeveynlerde Olmayan ve Yoktan Var Eden Kimyasal İşaretler

Araştırmanın en çarpıcı sonuçlarından biri, eşey kromozomları dışındaki bölgelerde incelenen epigenetik kalıtım modellerinde tam 522 vakanın Mendel beklentilerine meydan okuması oldu. Bunların arasında, her iki ebeveynde de kesinlikle bulunmayan, adeta "yoktan var olan" 54 nadir veya yeni beliren kalıtım olayı saptandı. Örneğin, belirli bir alel üzerinde hiçbir metilasyon işareti taşımayan iki farenin çiftleşmesinden doğan yavruların, söz konusu alelin her iki kopyasında da metilasyon taşıdığı görüldü. Kimyasal işaretlerin ebeveynlerde izi olmaksızın yavruda aniden ortaya çıkması, epigenetik özelliklerin sonraki nesillerde henüz tam olarak çözülememiş, gizemli hücresel mekanizmalar vasıtasıyla şekillendiğini gösteriyor. Bu durum, genetik mirası sadece anne ve babadan gelen statik birer veri seti olarak görme yanılgısını ortadan kaldırıyor.

Memelilerde İlk Kez Görülen Paramütasyon Olgusu

Çalışmanın bilim dünyasında şok etkisi yaratan bir diğer çıktısı ise normal sperm gelişimi için kritik rol oynayan "Capn11" geninde yaşanan paramütasyon keşfi oldu. İnsanlardaki versiyonu kısırlık ve sperm bozukluklarıyla doğrudan ilişkili olan bu gen, daha önce memelilerde doğal olarak gerçekleştiği bilinmeyen bir fenomene ev sahipliği yapıyor. Paramütasyon, bir alel üzerindeki metilasyonun, diğer alel üzerinde de metilasyonu tetiklemesiyle gerçekleşiyor; yani bir bakıma kimyasal işaret, yanındaki diğer alele de bulaşıyor. Bu olgunun yaşandığı bölgenin, çevresel etkilere açık olduğu bilinen tekrarlayan genetik elementlerle bağlantılı olması dikkat çekiyor. Beslenme düzeni, kronik stres, travmalar ve maruz kalınan çevre kirliliği gibi unsurların epigenetik kalıpları değiştirdiği bilgisinden hareketle, bu mekanizmanın dış dünyanın etkilerini doğrudan kalıtıma aktaran bir köprü işlevi gördüğü düşünülüyor.

İnsan Sağlığı ve Hastalıklar İçin Yeni Bir Dönem

Uzmanlar, kalıtsal özellikleri ve hastalık risklerini incelerken genetik ile epigenetiğin artık birbirinden ayrı düşünülemeyeceğini vurguluyor. Sağlıklı olma durumunun ya da patolojilerin yeni nesillere nasıl aktarıldığını tam olarak kavramak, ancak genomik ve epigenomik verilerin entegrasyonuyla mümkün olacak. Bu kapsamlı çalışmada, 10.000 ila bir milyondan fazla baz çifti uzunluğundaki DNA segmentlerini analiz edebilen "uzun okumalı DNA dizileme" teknolojisi kullanıldı. Kısa okumalı geleneksel yöntemlere göre çok daha zahmetli olan bu teknik, alel farklılıklarını ve uzak metilasyon alanlarını net bir şekilde görmeyi sağladı. Bir sonraki aşamada insan genom verilerinde de benzer Mendel dışı kalıtım kalıplarının izi sürülecek. Bu sayede klinik genetikçiler, sebebi açıklanamayan kalıtsal hastalıkların kökenini çözebilecek ve anne-baba adaylarının yaşam tarzlarının, çocuklarının ve hatta torunlarının sağlığını nasıl şekillendirdiğini net bir biçimde haritalandırabilecek.

Kaynak: sciencedaily.com Scientists discover inherited traits that break Mendel’s Laws of genetics

BilimBox Yorumu: Mendel kanunlarının mutlak kabul edildiği bir yüzyılın ardından, genetiğin bu denli esnek ve dış dünyaya açık olduğunu görmek biyoloji felsefesini kökten değiştiriyor. Bu araştırma, "Kaderimiz genlerimizde mi yazılı?" sorusuna verilmiş en güçlü "Hayır" yanıtlarından biridir. Çevresel faktörlerin, stresin veya beslenmenin yarattığı epigenetik değişimlerin sadece bireyi etkilemekle kalmayıp, adeta bir hafıza kartı gibi sonraki nesillere aktarılması, evrimsel biyolojide Lamarckçı görüşlerin modernize edilmiş bir versiyonunun canlanışı olarak yorumlanabilir. Gelecekte kanser, kısırlık ve metabolik sendromlar gibi karmaşık hastalıkların tedavisinde sadece mutasyonlara değil, bu "yoktan var olan" kimyasal işaretlere müdahale etmeyi öğreneceğiz. Canlılığın, çevreye uyum sağlamak için genom kodunu değiştirmek gibi hantal bir süreç yerine, epigenetik işaretleri birer şalter gibi kullanması muazzam bir evrimsel zekanın ürünüdür.