Mayalar dünyasında asyalı bir asi: Ascoideaasiatica

Bizim yaşımızdakilerin DNA ile ilgili ilk bilgileri sanırım ortaokul fen ile lise biyoloji derslerinden gelmektedir. En çok akılda kalan ise sanırım iyi formüle edildiği için olsa gerek santral dogmadır. Yani hücre içinde bilgi akışı DNA RNA protein sırasını izlemektedir. Santral dogma genlerin her şeyin merkezinde olduğu yılların bir ürünüdür aslında. Bugün santral dogma, hücredeki bilgi akışının bir kısmını anlamamızı sağlamaktadır, ancak tamamını anlamaya yetmemektedir. RNA virüslerinin varlığı, prion proteinleri, epigenetic mekanizmaların ortaya çıkışı santral dogmanın tüm bunları açıklamada tek başına yeterli olmadığını, hücre içi manzarasının daha dinamik, daha karmaşık olduğunu ortaya koymaktadır.

Pek çoğumuzun bildiği gibi hücrelerimizdeki genetik malzeme DNA’dırve DNA 4 farklı harfle kodlananan 4 farklı bazın yani kimyasal yapının farklı şekilde dizilişleri ile oluşmaktadır. DNA’mız üzerinde sınırları ve uzunlukları olan gen bölgeleri, gen kontrol bölgeleri ve gen kodlamayan bölgeler bulunmaktadır. Hücrelerimizde proteinler sentezlenirken gen bölgelerindeki DNA dizisi kalıp olarak kullanılır ve önce mRNA denilen mesajcı RNA dizilerioluşturulur, sonrasında ise bumRNA’lar kullanılarak ribozomlarda protein sentezi yapılır. Özet olarak geçersek, yanyana gelen her üçbaz (üçharf, kodon da denilmektedir) proteinlerin yapıtaşı olan bir aminoasitikodlar. Doğada 4 harfli bu alfabede üç harf  64 farklı şekilde yan yana gelebilir.  Yani 64 farklı kodon bulunmaktadır. 64 kodon’dan birtanesi başlama, 3 tanesi durma kodonudur. Bunlar sırasıyla protein sentezinin başlangıç ve bitişini işaretlemek için kullanılır. 61 kodona denk düşen ise 21 farklı aminoasit bulunmaktadır. Örneğin ATG başlangıç kodonudur ve Metiyoninaminoasidini kodlar. Hücre protein sentezi sırasında gen bölgesinde ATG gördüğü yerin karşısına protein zincirinde Metiyoninekler. Bazen bir aminoasit birden fazla kodon ile temsil edilebilir. Örneğin Lösinaminoasidini kodlayan 6 farklı kodon bulunmaktadır.  

Uzunca bir süredir bu kodun deterministik olduğu ve her koşulda aynı dizilerin aynı proteinleri kodladığı düşünülmekteydi. Bazı organizmalarda kodon kullanımı ve farklı kodonların farklı aminoasitleri kodlaması gibi istisnalar olsa da DNA dizisi bilindiğinde organizmanın tüm proteinlerinin dizilerinin (proteomunun) bilinebileceği düşünülmekteydi. Bazılarının “evrensel DNA kuralı” diye de nitelendirdiği ve kurallaştırdığı bu varsayımın geçerli olduğu pek çok organizma bulunmaktadır. Organizma genomlarının dizilenmesi ve olası proteinlerin belirlenmesi işlemi bu varsayım üzerinden gerçekleştirilmektedir. Bu hafta 14 Haziran 2018 tarihinde Current Biology dergisinde yayınlanan önemli bir araştırma bu kuralın önemli bir istisnasını ortaya koydu. Araştırma grubu, farklı mayatürlerinde alışılmamış ve evrensel olmayan bir kodlama evrimleşen bir grup maya üzerinde çalışma yürüttü. Örneğin insanlarda ve hemen hemen tüm diğer organizmalarda CTG kodonu Lösinaminoasidi olarak kodlanmakta iken, bazı mayatürleri bunu Serinya da bir diğer kısmı ise Alanin olarak kodlamaktadır. Yani insan hücrelerinde CTG kodonu gördüğünde hücre protein zincirine Lösinaminoasidini eklerken, bazı mayalar Serin, diğerleri ise Alanin eklemektedir. Bu durumda oluşan proteinlerin özellikleri de tamamen değişmektedir. Çünkü proteinlerin işlevlerini belirleyen üç boyutlu yapıları ve bu üç boyutlu yapıda aminoasid yan zincirlerinin nasıl konumlandığıdır. Araştırma grubu bu maya grubunu incelerken farklı bir mayatürü olan Ascoideaasiatica ile karşılaştı ve bu maya türünün aynı kodonu ya Serin ya da Lösinolarak rastgele kodladığını ortaya çıkardılar. Bu mayanın yazı tura atması gibi birşeydi. Farz edin ki maya protein sentezi sırasında CTG kodonunu her gördüğünde yazıtura atıyor ve yazı gelirse protein zincirine Lösin, tura gelirse Serin ekliyor. Bu durum sentezlenen proteinin tüm özelliklerini değiştirecek kadar güçlü bir durum aslında. Lözin suyu sevmeyen bir aminoasitken Serin suyu seven ve tam aksi özellikler gösteren bir aminoasit. Araştırmacılar bu kadar büyük çaplı değişikliklerin organizma üzerinden asıl etki gösterdiğini de araştırdı ve mayanın bu büyük değişikliklerden evrimsel olarak kendini koruduğunu da gösterdi. CTG kodonunun organizma tarafından çok nadir olarak kullanıldığı, kullanıldığında ise proteinlerin işlevsel ve evrimsel olarak korunan bölgelerinde olmadığı ortaya çıkarıldı. Bu Asyalı asimaya, Ascoideaasiatica, evrensel DNA kuralını delmişti.

Bu çalışma, DNA dizisi bilindiğinde, yalnızca evrensel DNA kuralları kullanılarak tüm bir proteomun belirlenemeyeceğini ortaya koyması ve bu süreçlerin deterministik olmadığını göstermesi bakımından oldukça önemli.  

Stefanie Mühlhausen, Hans Dieter Schmitt, Kuan-Ting Pan, Uwe Plessmann, Henning Urlaub, Laurence D. Hurst and Martin Kollmar. Endogenous stochastic decoding of the CUG codon by competing Ser- and Leu-tRNAs in Ascoideaasiatica. Current Biology, 2018 DOI: 10.1016/j.cub.2018.04.085

 University of Bath. “Microbe breaks ‘universal’ DNA rule by using two different translations: Scientists discover yeast that randomly translates DNA two different ways.” ScienceDaily. ScienceDaily, 14 June 2018. <www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180614213814.htm>.