Klonlar Nukleus Vericisine Benzer mi?
Erişkin bir çok hücreli canlı ne kadar kompleks vücut yapısına sahip olursa olsun, yapı ve işlev bakımından çok farklı olan kaç çeşit hücreden, kaç çeşit dokudan ve kaç organdan meydana gelmiş olursa olsun; başlangıç noktası tek bir hücredir; bir zigot. Bu zigot daha sonra milyonlarca (veya milyarlarca) hücreden oluşacak organizmayı oluşturacaktır. Bu gelişime hangi mekanizmalar etkilidir?
Bu hücre (zigot), o kompleks organizmanın oluşabilmesi için gereken tüm genetik bilgiye sahip olduğu gibi bu genlerden hangilerinin ne zaman, nerede ve ne kadar çalıştırılması gerektiği bilgisine, genetik bilgiyi en doğru şekilde kullanma yeteneğine de sahiptir. Bu yetenek, gen regülasyonudur. Gelişim, Regülatör Proteinler Tarafından Kontrol Edilir. Meyve sineğinin yaşam döngüsünde, yumurtadan ergine geçişte tam bir metamorfoz görülür. Embriyonun en önemli karakteristiklerinden biri, polaritesi; yani, hayvanın anteryör ve posteryör kısımlarının, dorsal ve ventral kısımları gibi birbirinden tamamen ayrılmış olması; bir diğeri de metamerizmidir (embriyo vücudunun, her birinin karakteristik özelliği olan seri olarak tekrarlayan segmentlerden oluşması).Gelişim sırasında bu segmentler, baş, toraks ve abdomeni oluşturacak şekilde organize olurlar. Erişkin toraksının her segmenti, farklı bir ilave setine (kanatlar ve bacaklar...) sahiptir. Bu kompleks paternin gelişimi, genetik kontrol altındadır. Vücut organizasyonunu kuvvetli bir şekilde etkileyen bir grup protein keşfedilmiştir.
Drosophila yumurtası, 15 hemşire hücre (nurse cell) ile birlikte bulunur ve bir folikül hücre tabakası ile çevrelenmiştir. Yumurta hücresi oluşunca (döllenmeden önce) hemşire ve folikül hücrelerde sentezlenen mRNA ve proteinler, hücre içinde birikir. Bu protein ve mRNA'ların gelişimde kritik rolleri vardır. Döllenmiş bir yumurta yumurtlanınca, nükleus bölünür ve yavru nükleuslar senkronize olarak her 6-10 dakikada bir bölünmeye devam ederler. Etraflarında plazma membranı oluşmayan bu nükleuslar, yumurta sitoplazması içinde (veya sinsityumda) dağılırlar. Nükleer bölünmelerin 8-11. devrelerinde nükleuslar, nükleusu çevreleyen zengin sitoplazmadan meydana gelen bir tek tabaka oluşturacak şekilde yumurtanın dış tabakasına doğru hareket ederler. Böylece sinsitiyal blastoderm oluşur. Bir kaç ek bölünmeden sonra membran, invaginasyon yaparak nükleusları birbirinden ayırarak hücresel blastodermi meydana getirecek hücreleri oluşturur. Bu basamakta çeşitli hücrelerdeki mitotik senkroni kaybolur. Hücrelerin gelişimsel kaderini, hemşire ve folikül hücreleri tarafından sentezlenip yumurtada depolanan mRNA ve proteinler belirler. lokus konsantrasyonları veya aktiviteleri, çevreleyici dokunun özel şekil ve yapıalmasını sağlayan proteinler, "morfogen" olarak adlandırılırlar. Bu proteinler, patern regüle edici genlerin ürünleridir. Patern regüle edici genlerin 3 ana sınıfı vardır. Bunlar, maternal genler, segmentasyon genleri ve homeotik genlerdir. Maternal genler, döllenmemiş embriyoda ekspresse edilirler ve oluşan mRNA'lar, döllenmeye kadar etkisiz kalır. Bunlar, hücresel blastoderm oluşumuna kadar olan çok erken gelişimde ihtiyaç duyulacak proteinleri sağlarlar. Maternal mRNA'ların kodladığı proteinlerden bazıları, gelişen embriyonun erken evrelerdeki bölümlenmiş organizasyonunu yönlendirir. Bunlar, polariteyi sağlayan yapılardır. Segmentasyon genleri, döllenmeden sonra transkribe edilirler ve vücut segmentlerinin sayısını belirlerler. Segmentasyon genlerinin en az üç alt sınıfı, ardıl basamaklarda etkin olur; gap genleri, gelişen embriyoyu bir kaç belirgin bölgeye ayırır, pair-rule genleri ve segment polarite genleride normal bir embriyonun 14 segmemtini oluşturacak 14 kısmı belirlerler. Bu kısımlar ise, hangi özel vücut segmentinde hangi organın ve ilavenin gelişeceğini belirler. Homeotik genler ise, daha sonraki basamaklarda ekspresse edilirler.
Bu üç sınıftaki pek çok regülatör gen, belirli sayıda segmentleri ve her segmentte doğru ilaveleri bulunan, bir başı, toraksı ve abdomeni olan bir meyve sineğinin oluşmasını yönetir. Embriyogenezisin tamamlanması yaklaşık bir gün alsa da, tüm bu genler ilk 4 saatte aktif olurlar. Bazı mRNA'lar ve proteinler bu periyod içinde yalnız bir kaç dakika ve özgül noktalarda bulunurlar. Genlerden bazıları, gelişim zincirindeki diğer bazı genlerin ekspresyonlarını etkileyen transkripsiyon faktötrlerini kodlar. Ayrıca, translasyon seviyesinde regülasyon da önemli yer tutar; çoğu regülatör gen, translasyonel repressörleri kodlar. Translasyonel regülatörlerin çoğu, mRNA'nın 3' UTR'sine bağlanır. Çoğu mRNA, translasyonunun gerektiği zamandan önce yumurta hücresinde depolandığı için, translasyonel represyon gelişimsel yollarda özellikle önemlidir.
3.Genetik İmprinting (Genomik Damgalanma)
Mendelin kanunlarını değiştiren genomik damgalanma, belirli bir geni taşıyan kromozomun kökeninin anneye ya da babaya ait olmasına bağlı olarak fenotipik ifadenin değişmesidir. Bazı türlerde belirli kromozomal bölgelerin ve bu bölgelerdeki genlerin anadan ya da babadan köken almasına bağlı olarak ifade edilmesini ya da genetik olarak sessiz kalmasını (ifade edilmemesini) belirten bir çeşit hafıza ya da bir damga bulunmaktadır.
Damgalama basamağının gamet oluşumu sırasında ya da sonrasında meydana geldiği düşünülmektedir. Bu durum sperm ya da yumurta oluşturan dokularda farklı işaretli genlerin ya da kromozom bölgelerinin bulunmasına yol açar. Bu işlem mutasyondan tamamen farklıdır, çünkü ard arda gelen nesillerde genler anneden çocuğa ve torununa geçerken damga tersine çevrilebilir.
Memelilerin dişilerinde X kromozomlarından birinin inaktivasyona uğraması damgalanma olayına bir örnektir. Farelerde embriyo gelişiminden önce, dokularda meydana gelen damgalama işlemi sonucu, anneden alınan X kromozomu üzerindeki genler genetik olarak aktif kalırken, babadan alınan X kromozomu tüm hücrelerde genetik olarak inaktif halde bulunur. Embriyonik gelişim başladığında, damga serbest kalır ve baba ya da anneden gelen X kromozomu gelişigüzel bir şekilde inaktivasyona uğrar.
1991'de farenin üç geninde damgalama olayının görülmesi ile daha kesin bilgiler elde edilmiştir. Bu genlerden bir tanesi insülin benzeri büyüme faktörü II'yi (Igf2) şifrelemektedir. Bu genin mutant olmayan iki allelini taşıyan bir fare normal ölçülerde gelişirken, iki mutant allel taşıyan farede büyüme faktörü eksik olacağı için fare cüce olacaktır. Heterozigot bir farenin boyutu normal allelin hangi ebeveynden geldiğine bağlıdır. Eğer normal allel babadan geliyorsa fare normal ölçüdedir, ama normal allel anneden geliyorsa fare cücedir. Buradan normal Igf2 geninin dişilerde yumurta oluşumu sırasında damgalandığı fakat, erkeklerde sperm üreten dokulara geçtiğinde normal işlev gösterdiği sonucu çıkarılabilir.
Damgalama bir sonraki kuşağa aktarılan genin sperm üreten ya da yumurta oluşturan dokudan geçmesine bağlı olmaya devam eder. Örneğin normal ölçülerde heterozigot bir erkek normal işlevli yabani tip bir alleli yavru dölün yarısına aktarır. Bu allel anneden gelen mutant alleli etkisiz duruma getirir.
İnsanlarda iki ayrı genetik bozukluğun, 15. kromozomun (15q1) aynı bölgesindeki farklı damgalanma sonucu ortaya çıktığı düşünülmektedir. Her iki durumda da hastalık, 15.kromozom çiftlerinden birinde bu bölgedeki bir parçanın benzer şekilde delesyonundan ötürü ortaya çıkmaktadır. İlk bozukluk Prader-Willi Sendromudur (PWS) ve babaya ait delesyona uğramış kromozom kalıtlandığında ortaya çıkar. Eğer delesyona uğramış kromozom anneye aitse o zaman farklı fenotipik anormallikler gösteren Angelman Sendromu (AS) ortaya çıkmaktadır. Bu iki durum fenotipik olarak tamamen farklıdır. PWS'de kontrolsüz iştahın olduğu yeme bozukluğu, şişmanlık ve diyabetin yanı sıra zihinsel gerilik görülür. AS'de ise zihinsel geriliğin yanı sıra tamamen farklı davranış biçimleri görülür. Bu durumda 15q1 bölgesinin erkek ve dişi gametlerde farklı şekilde damgalandığını ve normal gelişim için hem anneye hem de babaya ait bölgelerin gerekli olduğunu söyleyebiliriz.
Özgül genlerden ziyade belirli kromozom bölgeleri damgalanıyor gibi görünse de, damgalanmanın moleküler mekanizması hala bir varsayımdan ibarettir. Bu konuda DNA metilasyonunun işe karıştığı düşünülmektedir. Omurgalılarda metil grupları DNA metil transferaz adlı enzimin katalitik aktivitesiyle sitozinin 5' pozisyonundaki karbon atomuna takılabilir. Metil grubu DNA'da GC gruplarının bulunduğu bölgelere takılmaktadır. Yüksek oranda metilasyonun gen aktivitesini inhibe ettiğini ve aktif genlerin veya onların düzenleyici dizilerinin genellikle metillenmediğini gösteren delillerden dolayı, DNA metilasyonun damgalama olayından sorumlu bir mekanizma olarak düşünmek mantıklıdır.
Damgalanma konusunda daha bir çok soru belirsizliğini korumaktadır. Kaç tane genin damgalamada söz konusu olduğu ve bunların gelişimdeki rolleri bilinmemektedir. Bundan dolayı da klonların kopyalandığı canlıya tıpa tıp benzemeyebileceklerini söyleyebiliriz.
Yapılan bir çalışmada, "blastomere separation yöntemi”ne göre aynı embriyodan kopyalanmış iki ineğin sütlerinin kalite ve tat baz alındığında sadece % 70 oranında benzediği saptanmıştır.
Doç.Dr.Eyyüp Rencüzoğulları
Bu hücre (zigot), o kompleks organizmanın oluşabilmesi için gereken tüm genetik bilgiye sahip olduğu gibi bu genlerden hangilerinin ne zaman, nerede ve ne kadar çalıştırılması gerektiği bilgisine, genetik bilgiyi en doğru şekilde kullanma yeteneğine de sahiptir. Bu yetenek, gen regülasyonudur. Gelişim, Regülatör Proteinler Tarafından Kontrol Edilir. Meyve sineğinin yaşam döngüsünde, yumurtadan ergine geçişte tam bir metamorfoz görülür. Embriyonun en önemli karakteristiklerinden biri, polaritesi; yani, hayvanın anteryör ve posteryör kısımlarının, dorsal ve ventral kısımları gibi birbirinden tamamen ayrılmış olması; bir diğeri de metamerizmidir (embriyo vücudunun, her birinin karakteristik özelliği olan seri olarak tekrarlayan segmentlerden oluşması).Gelişim sırasında bu segmentler, baş, toraks ve abdomeni oluşturacak şekilde organize olurlar. Erişkin toraksının her segmenti, farklı bir ilave setine (kanatlar ve bacaklar...) sahiptir. Bu kompleks paternin gelişimi, genetik kontrol altındadır. Vücut organizasyonunu kuvvetli bir şekilde etkileyen bir grup protein keşfedilmiştir.
Drosophila yumurtası, 15 hemşire hücre (nurse cell) ile birlikte bulunur ve bir folikül hücre tabakası ile çevrelenmiştir. Yumurta hücresi oluşunca (döllenmeden önce) hemşire ve folikül hücrelerde sentezlenen mRNA ve proteinler, hücre içinde birikir. Bu protein ve mRNA'ların gelişimde kritik rolleri vardır. Döllenmiş bir yumurta yumurtlanınca, nükleus bölünür ve yavru nükleuslar senkronize olarak her 6-10 dakikada bir bölünmeye devam ederler. Etraflarında plazma membranı oluşmayan bu nükleuslar, yumurta sitoplazması içinde (veya sinsityumda) dağılırlar. Nükleer bölünmelerin 8-11. devrelerinde nükleuslar, nükleusu çevreleyen zengin sitoplazmadan meydana gelen bir tek tabaka oluşturacak şekilde yumurtanın dış tabakasına doğru hareket ederler. Böylece sinsitiyal blastoderm oluşur. Bir kaç ek bölünmeden sonra membran, invaginasyon yaparak nükleusları birbirinden ayırarak hücresel blastodermi meydana getirecek hücreleri oluşturur. Bu basamakta çeşitli hücrelerdeki mitotik senkroni kaybolur. Hücrelerin gelişimsel kaderini, hemşire ve folikül hücreleri tarafından sentezlenip yumurtada depolanan mRNA ve proteinler belirler. lokus konsantrasyonları veya aktiviteleri, çevreleyici dokunun özel şekil ve yapıalmasını sağlayan proteinler, "morfogen" olarak adlandırılırlar. Bu proteinler, patern regüle edici genlerin ürünleridir. Patern regüle edici genlerin 3 ana sınıfı vardır. Bunlar, maternal genler, segmentasyon genleri ve homeotik genlerdir. Maternal genler, döllenmemiş embriyoda ekspresse edilirler ve oluşan mRNA'lar, döllenmeye kadar etkisiz kalır. Bunlar, hücresel blastoderm oluşumuna kadar olan çok erken gelişimde ihtiyaç duyulacak proteinleri sağlarlar. Maternal mRNA'ların kodladığı proteinlerden bazıları, gelişen embriyonun erken evrelerdeki bölümlenmiş organizasyonunu yönlendirir. Bunlar, polariteyi sağlayan yapılardır. Segmentasyon genleri, döllenmeden sonra transkribe edilirler ve vücut segmentlerinin sayısını belirlerler. Segmentasyon genlerinin en az üç alt sınıfı, ardıl basamaklarda etkin olur; gap genleri, gelişen embriyoyu bir kaç belirgin bölgeye ayırır, pair-rule genleri ve segment polarite genleride normal bir embriyonun 14 segmemtini oluşturacak 14 kısmı belirlerler. Bu kısımlar ise, hangi özel vücut segmentinde hangi organın ve ilavenin gelişeceğini belirler. Homeotik genler ise, daha sonraki basamaklarda ekspresse edilirler.
Bu üç sınıftaki pek çok regülatör gen, belirli sayıda segmentleri ve her segmentte doğru ilaveleri bulunan, bir başı, toraksı ve abdomeni olan bir meyve sineğinin oluşmasını yönetir. Embriyogenezisin tamamlanması yaklaşık bir gün alsa da, tüm bu genler ilk 4 saatte aktif olurlar. Bazı mRNA'lar ve proteinler bu periyod içinde yalnız bir kaç dakika ve özgül noktalarda bulunurlar. Genlerden bazıları, gelişim zincirindeki diğer bazı genlerin ekspresyonlarını etkileyen transkripsiyon faktötrlerini kodlar. Ayrıca, translasyon seviyesinde regülasyon da önemli yer tutar; çoğu regülatör gen, translasyonel repressörleri kodlar. Translasyonel regülatörlerin çoğu, mRNA'nın 3' UTR'sine bağlanır. Çoğu mRNA, translasyonunun gerektiği zamandan önce yumurta hücresinde depolandığı için, translasyonel represyon gelişimsel yollarda özellikle önemlidir.
3.Genetik İmprinting (Genomik Damgalanma)
Mendelin kanunlarını değiştiren genomik damgalanma, belirli bir geni taşıyan kromozomun kökeninin anneye ya da babaya ait olmasına bağlı olarak fenotipik ifadenin değişmesidir. Bazı türlerde belirli kromozomal bölgelerin ve bu bölgelerdeki genlerin anadan ya da babadan köken almasına bağlı olarak ifade edilmesini ya da genetik olarak sessiz kalmasını (ifade edilmemesini) belirten bir çeşit hafıza ya da bir damga bulunmaktadır.
Damgalama basamağının gamet oluşumu sırasında ya da sonrasında meydana geldiği düşünülmektedir. Bu durum sperm ya da yumurta oluşturan dokularda farklı işaretli genlerin ya da kromozom bölgelerinin bulunmasına yol açar. Bu işlem mutasyondan tamamen farklıdır, çünkü ard arda gelen nesillerde genler anneden çocuğa ve torununa geçerken damga tersine çevrilebilir.
Memelilerin dişilerinde X kromozomlarından birinin inaktivasyona uğraması damgalanma olayına bir örnektir. Farelerde embriyo gelişiminden önce, dokularda meydana gelen damgalama işlemi sonucu, anneden alınan X kromozomu üzerindeki genler genetik olarak aktif kalırken, babadan alınan X kromozomu tüm hücrelerde genetik olarak inaktif halde bulunur. Embriyonik gelişim başladığında, damga serbest kalır ve baba ya da anneden gelen X kromozomu gelişigüzel bir şekilde inaktivasyona uğrar.
1991'de farenin üç geninde damgalama olayının görülmesi ile daha kesin bilgiler elde edilmiştir. Bu genlerden bir tanesi insülin benzeri büyüme faktörü II'yi (Igf2) şifrelemektedir. Bu genin mutant olmayan iki allelini taşıyan bir fare normal ölçülerde gelişirken, iki mutant allel taşıyan farede büyüme faktörü eksik olacağı için fare cüce olacaktır. Heterozigot bir farenin boyutu normal allelin hangi ebeveynden geldiğine bağlıdır. Eğer normal allel babadan geliyorsa fare normal ölçüdedir, ama normal allel anneden geliyorsa fare cücedir. Buradan normal Igf2 geninin dişilerde yumurta oluşumu sırasında damgalandığı fakat, erkeklerde sperm üreten dokulara geçtiğinde normal işlev gösterdiği sonucu çıkarılabilir.
Damgalama bir sonraki kuşağa aktarılan genin sperm üreten ya da yumurta oluşturan dokudan geçmesine bağlı olmaya devam eder. Örneğin normal ölçülerde heterozigot bir erkek normal işlevli yabani tip bir alleli yavru dölün yarısına aktarır. Bu allel anneden gelen mutant alleli etkisiz duruma getirir.
İnsanlarda iki ayrı genetik bozukluğun, 15. kromozomun (15q1) aynı bölgesindeki farklı damgalanma sonucu ortaya çıktığı düşünülmektedir. Her iki durumda da hastalık, 15.kromozom çiftlerinden birinde bu bölgedeki bir parçanın benzer şekilde delesyonundan ötürü ortaya çıkmaktadır. İlk bozukluk Prader-Willi Sendromudur (PWS) ve babaya ait delesyona uğramış kromozom kalıtlandığında ortaya çıkar. Eğer delesyona uğramış kromozom anneye aitse o zaman farklı fenotipik anormallikler gösteren Angelman Sendromu (AS) ortaya çıkmaktadır. Bu iki durum fenotipik olarak tamamen farklıdır. PWS'de kontrolsüz iştahın olduğu yeme bozukluğu, şişmanlık ve diyabetin yanı sıra zihinsel gerilik görülür. AS'de ise zihinsel geriliğin yanı sıra tamamen farklı davranış biçimleri görülür. Bu durumda 15q1 bölgesinin erkek ve dişi gametlerde farklı şekilde damgalandığını ve normal gelişim için hem anneye hem de babaya ait bölgelerin gerekli olduğunu söyleyebiliriz.
Özgül genlerden ziyade belirli kromozom bölgeleri damgalanıyor gibi görünse de, damgalanmanın moleküler mekanizması hala bir varsayımdan ibarettir. Bu konuda DNA metilasyonunun işe karıştığı düşünülmektedir. Omurgalılarda metil grupları DNA metil transferaz adlı enzimin katalitik aktivitesiyle sitozinin 5' pozisyonundaki karbon atomuna takılabilir. Metil grubu DNA'da GC gruplarının bulunduğu bölgelere takılmaktadır. Yüksek oranda metilasyonun gen aktivitesini inhibe ettiğini ve aktif genlerin veya onların düzenleyici dizilerinin genellikle metillenmediğini gösteren delillerden dolayı, DNA metilasyonun damgalama olayından sorumlu bir mekanizma olarak düşünmek mantıklıdır.
Damgalanma konusunda daha bir çok soru belirsizliğini korumaktadır. Kaç tane genin damgalamada söz konusu olduğu ve bunların gelişimdeki rolleri bilinmemektedir. Bundan dolayı da klonların kopyalandığı canlıya tıpa tıp benzemeyebileceklerini söyleyebiliriz.
Yapılan bir çalışmada, "blastomere separation yöntemi”ne göre aynı embriyodan kopyalanmış iki ineğin sütlerinin kalite ve tat baz alındığında sadece % 70 oranında benzediği saptanmıştır.
Doç.Dr.Eyyüp Rencüzoğulları
