Maymun DNA’sında Çift Sarmalın Dışında Yeni Yapılar Keşfedildi
Araştırmacılar, DNA dizilerinin geleneksel çift sarmalın ötesinde alternatif yapılar oluşturabileceği yerleri tahmin etmek için yakın zamanda yayınlanmış olan insan, şempanze, bonobo, goriller ve iki orangutanın telomerden telomere genomlarını kullandılar.
Bazı DNA dizileri, bilindik çift sarmaldan farklı yapılar benimseyebilir. B olmayan DNA olarak bilinen bu alternatif konformasyonlar, hücresel süreçlerin düzenlenmesi ve genom evrimiyle ilişkilendirilmiştir. Ancak, B olmayan DNA genellikle genomun tekrarlayan bölgelerinde meydana geldiğinden, dizilerini doğru bir şekilde okumak ve birleştirmek tarihsel olarak zor olmuştur.
Şimdi, Penn State’teki biyologların liderliğindeki bir araştırma ekibi, büyük maymunların genomları boyunca B olmayan DNA yapılarının yerlerini sistematik olarak tahmin ederek önemli bir ilerleme kaydetti. Bu, bu yapıların biyolojik işlev ve evrimde oynadığı rolleri anlamaya yönelik kritik bir ilk adımdır. B olmayan DNA, halihazırda genetik hastalıklar ve kanserle ilişkilendirilmiştir.
Bu atılım, insanlar ve diğer büyük maymunlar için eksiksiz, boşluksuz diziler sağlayan yakın zamanda tamamlanan telomer-telomer (T2T) genom montajları sayesinde mümkün oldu. Bu montajlar, yüksek oranda tekrarlayan DNA bölgelerinin neden olduğu önceki sınırlamaların üstesinden geliyor. Nucleic Acids Research’te yayınlanan yeni çalışma, B olmayan DNA yapılarının yeni dizilenen genomik bölgelerde zenginleştiğini ve daha önce bilinmeyen olası işlevlere işaret ettiğini ortaya koyuyor.
“İnsan genomu ilk kez 2001 yılında yayınlandığında, aslında tamamlanmamıştı,” dedi Penn State’te biyoloji profesörü ve araştırma ekibinin lideri olan Verne M. Willaman Yaşam Bilimleri Kürsüsü Başkanı Kateryna Makova. “Genomun yaklaşık %8’i, büyük ölçüde tekrarlayan DNA, mevcut teknoloji ve hesaplama algoritmaları bu bölgeleri yeniden oluşturamadığı için belirsiz bırakıldı. 2022 ve 2023’te Telomer-Telomere konsorsiyumunun büyük çabaları insan genomu için bu boşlukları doldurdu ve bu yıl aynısını tüm büyük maymunlar için yaptık.”
Tekrarlayan DNA’nın Zorluğu
Sıralanmış çoğu genom için araştırmacılar kısa okuma DNA dizileme teknolojilerini kullandılar. Bu teknikler önce genomları milyonlarca küçük parçaya bölerek çalışır, bu parçalar sıralanabilir ve ardından dünyanın en karmaşık yapboz bulmacası gibi özenle yeniden bir araya getirilmelidir.
Penn State’te biyoloji alanında doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ilk yazarı olan Linnéa Smeds, “Genomun büyük bir kısmı, bir kromozom boyunca aynı kısa dizinin yüzlerce hatta binlerce kopyası şeklinde olabilen tekrarlayan DNA’dan oluşur” dedi. “Bu, kısa okumalardan genomları bir araya getirmek için bir sorundur, çünkü aynı görünen çok sayıda bulmaca parçası vardır. T2T genomları, yeni uzun okuma dizisi teknolojilerini kullanarak bunun üstesinden gelir ve genomları daha az sayıda uzun segmentte dizilememize olanak tanır. Bu şekilde, bu bölgeleri ilk kez B olmayan DNA gibi ilginç işlevsel unsurlar açısından keşfedebiliriz.”
Yeni araştırma, büyük maymunların yakın zamanda yayınlanan telomer-telomer genomlarında kanonik çift sarmalın yanı sıra yapılar oluşturabilen DNA dizilerinin – B olmayan DNA – yerini tahmin ediyor ve B olmayan DNA’nın telomerler ve sentromerler de dahil olmak üzere yeni çözülen genomik bölgelerde zenginleştiğini buluyor. Resimde şempanze, bonobo, insan, goril ve iki orangutan türü (yukarıdan aşağıya) dahil olmak üzere büyük maymunlar (sol) arasındaki evrimsel ilişkiler ve kanonik sarmal ve B olmayan DNA’ya sahip temsili kromozomların (sağ) çizimleri gösteriliyor. Kaynak: Dani Zemba ve Makova laboratuvarı, Penn State.
B olmayan DNA, bükülmüş DNA, saç tokaları, G-dörtlü pleksler (G4’ler) ve tekrarlanma eğiliminde olan belirli dizi motiflerine dayalı Z-DNA dahil olmak üzere birçok form alabilir. Bu yapılar yakın zamanda hücre bölünmesi sırasında DNA replikasyonunun başlatılması, gen ifadesinin düzenlenmesi ve kromozomların uçlarındaki başlıklar olan telomerlerin ve hücre bölünmesi sırasında önemli bir rol oynayan kromozomal yapılar olan sentromerlerin işlevi gibi çeşitli hücresel süreçlerde yer almıştır.
Araştırma ekibi, insan, şempanze, bonobo, goril, iki orangutan türü ve dış grup olarak kullanılan daha küçük bir maymun olan siamang’ın genomlarındaki tüm olası B oluşturmayan bölgeleri belirlemek için T2T genomlarını bu dizi motifleri açısından aradı.
Yapısal Motiflerin Genom Genelinde Görünümü
“Artık bu genomlar için B olmayan DNA oluşumuna yatkın motiflerin tam bir resmine sahibiz,” dedi Smeds.
Araştırma ekibi, genomlardaki yeni çözülen dizilerin B olmayan motifler açısından zenginleştirildiğini ve B olmayan DNA dağılım modellerinin maymun türleri arasında büyük ölçüde benzer olduğunu buldu. Tekrarlayan DNA’nın daha yüksek yüzdesine sahip olduğu bilinen goril genomu, aynı zamanda daha fazla sayıda olası B olmayan DNA motifi içeriyordu.
B olmayan DNA ayrıca daha yüksek mutasyon oranlarına sahip olma eğilimindedir ve kararsız olabilir, bu da DNA kırılma noktalarına yol açabilir ve araştırmacıların genom evrimi ve belirli genetik bozukluklar için önemli olabileceğini öne sürdüğü kromozomal yeniden düzenlemelere izin verebilir.
“Son zamanlarda, uydu DNA olarak bilinen tekrarlayan bir DNA türünün, Down Sendromunun bir türüyle ilişkili olan kromozom 21’in bir translokasyonunun kırılma noktası olduğu gösterildi,” dedi Smeds. “Bu bölgede, genomun geri kalanından 97 kat daha sık görülen bir B olmayan DNA türü olan Z-DNA motifleri bulduk. Bu, bu tür kromozomal yeniden düzenlemelerde B olmayan DNA’nın bir rolü olduğunu gösterebilir, ancak bu ilişkiyi doğrulamak için ek araştırmalara ihtiyaç duyulacaktır.”
Şimdilik yalnızca az sayıda motifi analiz eden araştırmacılar, deneysel olarak B olmayan DNA yapılarının gerçekten oluştuğunu doğruladılar ancak büyük çoğunluğunun ek doğrulama gerektireceğini vurguladılar.
Makova, “Belirli bir motifte B olmayan DNA yapılarının oluşumu neredeyse kesinlikle bağlama bağlı olacaktır,” dedi. “Bu, hücre tipine, gelişim aşamasına ve metilasyon gibi DNA modifikasyonları da dahil olmak üzere genomik bağlama bağlı olabilir. Genomun işlevi hakkında düşünme biçimimizde, diziyi aşarak yapıyı da içerecek şekilde yakın zamanda bir değişim oldu. Çalışmamızın, genomdaki bu yeni yapısal özelliklerin işlevine ilişkin ek çalışmalar için bir sıçrama tahtası görevi görmesini umuyoruz.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
İnsan Genomundaki Multipl Sklerozla Bağlantılı Antik Viral DNA