İçindekiler
Yeni alellerin ortaya çıkışı
Darwin ve onun ilk destekçileri için, evrimin sorunlu gizemlerinden biri, karmaşık bir organın veya yapının, mevcut özelliklerin küçük varyantlarından seçilim yoluyla nasıl ortaya çıktığıdır. Örneğin, son derece ayrıntılı bir kamera gözü, omurgalılarda nasıl evrimleşmiş olabilir? İlk adım kadar tüm ara adımlar da yararsız mı, hatta zararlı mı olacak?
Önceden var olan bir yapıyı değiştirmekten kaynaklanacak her şeyin her zaman değerli olmayacağının bir güvencesi var mı? Bu, moleküler düzeyde bir proteinde bir dizi amino asit ikamesi olarak kabul edilebilir mi? Örneğin, değişiklikler mevcut bir enzimin özgüllüğünü ve aktivitesini bozar mı? Çok uzun zaman önce, mutantların yeni ve daha iyi kombinasyonlar üretme şansı yok muydu? Bugün Darwin’in genel düşüncesinin doğru olduğunu biliyoruz. Yeni genler, yeni aleller ve yeni morfolojik kombinasyonlar genellikle önceden var olan, artık iyi bilinen genetik mekanizmalardan kaynaklanır.
Mutasyonlarla ilgili mevcut bilgimiz -bazların kaybı, bazların yer değiştirmesi ve bir veya daha fazla bazın eklenmesi- bu seviyedeki değişikliklerin iki faydalı etkisi olabileceğini gösteriyor. İlk olarak, diploidi tarafından oluşturulan hassas koruma ile ara seviyelerde negatif seçilimden korunan önceden var olan bir genin bir alelini dönüştürebilir (genin sabit kopyası, kromozomun diğer kopyasındadır ve işlev görür). İkincisi, kontrol bölgelerinde (örneğin, transkripsiyon faktörlerinin bağlandığı bölgeler) nokta mutasyonları meydana gelirse, bu mutasyonlar, kromozomun aynı kolu üzerindeki alellerin veya alellerin bir kombinasyonunun özgüllüğünü, zamanlamasını ve aktivite derecesini kesin olarak değiştirebilir. Bunlar kesinlikle yararlı çeşitlilik kaynaklarıdır, ancak daha büyük evrimsel değişikliklerin altında başka iki mekanizma yatar. Bu iki mekanizma, (a) gen yedeğinin bağımsız evriminden sonra gen kopyalanması ve (b) önceden var olan ekzonların yeniden düzenlenmesidir.
Gen ve ekzon duplikasyonu
Ökaryotik kromozomların intronlardan, ekzonlardan, görünüşte işlevsel olmayan sözde genlerden ve tekrarlayan DNA dizilerinden oluştuğunun keşfi büyük bir sürpriz oldu. Çoğu biyolog, prokaryotlarda olması gerektiği gibi, doğal seçilimin gereksiz görünen DNA’yı temizlemesini bekler. Örneğin, E. coli bakterisi, doğal ortamlarında her zaman bol miktarda bulunan birkaç amino asidi sentezleme yeteneğini kaybetmiştir. Biyosentetik yollarla ilişkili genler bu bakterilerde kaybolmuştur. Temelde hızlı üreyen bu organizmanın kromozomunda kullanılmayan bölge yoktur. Buna karşılık, ökaryotik DNA’nın %90’ından fazlası işlevsiz ve hareketsiz görünmektedir. Daha sonraki çalışmaların gösterdiği gibi, fetal bağışıklık sisteminin gereksiz genetik parçaları çıkarması beklenmiyordu, bu da genomun daha önce düşünüldüğü kadar kararlı olması gerekmediğini gösteriyor. Transpozonların keşfi bu noktanın önemini anlamamızı sağladı.
MHC proteinlerinin, T-hücre reseptörlerinin ve antikor genlerinin spesifik düzenleyici yapısı, genellikle gen evrimi hakkında bir fikir kaynağı sağlar. Yaygın olarak kabul edilen bir görüş, hafif ve ağır antikorların, önceki genlerin dizilerini (belki bir hücre adezyon molekülü) tekrarlayarak ve yeniden düzenleyerek hem ağır hem de hafif zincirlerin değişken ve sabit bölgelerini (çok benzer polipeptitleri kodlayan) kodlamasıdır. göründükleri gibi. Hücre adezyon moleküllerinin, çok daha eski bir genin kopyalanmasından türediği düşünülen yakın bir gen ailesinin parçası olduğunu biliyoruz. Eksonların (ve yakındaki intronların) veya tüm genin kopyalanması, bilinen birkaç yolla meydana gelebilir. Bunların çoğu kromozomal anormallikler gerektirir. Biri, mRNA ters transkripsiyonundan sonra bir kromozoma bir eklemeye (cDNA) yol açan füzyondur; Diğeri ise transpozonlar tarafından oluşturulan kopyalardır.
Genlerin veya eksonların çoğalmasını takip eden küçük evrimsel değişikliklerle, fazladan kopyaların, tek başına rastgele değişikliklere göre yeni özellikler kazandıran işlevsel genlerle sonuçlanma olasılığının daha yüksek olduğunu anlamak çok kolaydır. Harflerin ve boşlukların rastgele düzenlenmesiyle anlamlı bir cümle kurabilme olasılığınızın ne kadar düşük olduğunu bir düşünün. Ancak kelimeleri ve alanları (işlevsel bir protein için bir gen) içeren anlamlı bir cümle ile başlayıp mevcut harflerin bazılarını değiştirirsek, bu küçük değişikliklerle çok anlamlı olabilecek yeni ve ilginç bir cümle oluşturabiliriz.
Antikor genlerinde gördüğümüze benzer çoklu ekson kopyalarının potansiyel bir kaynağı, kopyalardır. İntronlar, eksonların yeni kopyalarını yerleştirmek için en iyi yerlerdir. Örneğin, bir ekzon diğer eksonlarla kesişirse, bu ekleme nedeniyle bazı amino asitleri kodlayan kodonlarda yanlışlıkla yeni bir dizi oluşabilir ve dizideki sonraki tüm kodonlar kaydırılacak ve çeviri yanlış okunacaktır. Bir ekson bir intronun içine girerse, bu sorun ortaya çıkmaz. mRNA oluşumu sırasında, başlangıç ve bitiş uçlarına bağlı intron fragmanlarına bağlı snRNP yardımıyla intronlar uzaklaştırılır. İntronlar arasına başarılı bir şekilde yerleştirilen yeni ekzonların, transkripsiyon işlemi için bir kod oluşturmak üzere koruyucu intronlar tarafından alınması mümkündür.
Antikor genlerinde görülen bu düzenleme sonucunda farklı eksonlar, aynı orijinal dizilimden gelseler bile mutasyon ve seleksiyondan bağımsız olarak değişebilmektedir. Tabii ki, bu değişken bölge, birbirinden biraz farklı olan çok sayıda alternatif ekzonun üretilmesinde de çok önemlidir.
Antikorlar dışındaki proteinleri kodlayan gen kopyalarının kanıtı
Omurgalı bağışıklık sisteminin çeşitli antikorlar üretebilmesi, bir ekson kopyasının içinden geçtiği evrim yolunda karşılaştığı saldırılara (vücut savunması açısından) bağlıdır. Fakat kopyalama, enzimleri ve her yerde bulunan yapısal proteinleri kodlayan genlerin evriminden kısmen mi sorumlu? Miyoglobin ve hemoglobin genlerindeki kopyaların rolüne dair kanıtlar neredeyse tamamlandı. Kaslarda oksijen depolayan pigment olan miyoglobin bir polipeptit zincirinden oluşmasına rağmen, kandaki oksijen taşıyan protein olan hemoglobin iki çift olmak üzere toplam 4 zincir içerir. Hemoglobindeki a ve b zincirlerinin üç boyutlu yapısı hemen hemen aynıdır ve yine bu zincirler, miyoglobindeki tek zincir yapısına çok benzer. Tüm bu dizilerin genlerinin, tek bir atadan kalma genden kopyalanarak evrimleştiğine inanılıyor. Bu görüş, intronların tüm bu genlerde aynı bölgelerde bulunmasıyla da desteklenmektedir.
Hemoglobinin kendisi, bir organizmanın yaşamının farklı aşamalarında (örneğin, embriyonik gelişim sırasında ve yetişkinlik döneminde) biraz farklı biçimlerde sentezlenir ve böylece farklı pH ve oksijen konsantrasyonu koşulları altında özelleşir. Yine insanlarda bu alternatif hemoglobin formlarını kodlayan genler, 7. kromozom üzerinde yan yana yer almaktadır. Bu genlerin duplikasyon yoluyla ortaya çıktığı ve daha sonra bağımsız olarak evrimleştiği düşünülmektedir. Çünkü aynı bölge, hemoglobin genlerininkine çok benzer dizilime sahip birçok psödojen içerir. Evrim fonksiyonel gen ürünlerinin düzenlenmesine yol açmadığından, bu sözde genler muhtemelen daha sonraki bir kopyadır.
Aynı modeller birçok enzim grubunda görülür. Örneğin, sindirim enzimleri olan tripsin, kimotripsin ve elastaz gibi enzimlerin ve kan pıhtılaşma enziminin hepsinin farklı işlevleri vardır. Ancak bu enzim genlerinin baz dizisi ve intron konumu hemen hemen aynıdır. Bu genlerin her birinin bağımsız olarak diğer genlerin yakın bir kopyası olarak evrimleşmesi neredeyse imkansızdır. Çoğu araştırmacı, bu enzimlerden sorumlu genlerin, ilkel (atadan kalma) bir enzimi kodlayan bir genin kopyalanmasıyla seçildiğine ve ardından ayrı ayrı bağımsız bir evrimsel yol izlediğine inanır.
Ökaryotik gen evriminin kısmen gen kopyalanmasına ve ardından işlevsel olarak farklı ürünler üreten temel değişikliklere bağlı olduğuna dair güçlü kanıtlar vardır. Bununla birlikte, bu değişikliklerin yavaş olduğu ve rastgele mutasyonların çoğunun, değişken özgüllükten ziyade genlerde işlevi azalmış veya hiç işlevi olmayan ürünlerle sonuçlandığı unutulmamalıdır. İşlevsel bir protein üreten her yeni gen için, komplikasyonlarla birlikte düzinelerce veya yüzlerce başarısız girişim olabilir.
Kısacası, ökaryotik kromozomun, işlevsel gen dizisine çok benzer baz dizileriyle doldurulması beklenir, ancak gereksiz kopyalamayı düzeltmek için bazı mekanizmalar iş başında değilse, bu dizilerin kendileri işlevsel değildir. Aslında, gördüğümüz gibi, memeli genomunun %90’ından fazlası işlevsel ürünleri kodlamaz. Ökaryotik kromozomların işlevsel olmayan psödogenlerinin muazzam bolluğu, asla işlevsel genlere dönüşmeyen müteakip kopyaların kanıtı olabilir. Birçok tekrarlayan DNA örneği bu kategoriye girer.
ekson rekombinasyonu
Bir genin kopyalanabileceğini ve daha sonra işlevsel olarak farklı bir ürünü kodlamak için geliştirilebileceğini biliyoruz. Aynı zamanda, farklı antikorlar üretmek için bir araya gelen gen dizilerinin ve eksonların çoklu kopyalarının sonucu gibi görünen rastgele seçilmiş antikor genlerini de açıkça içerir. Harvard Üniversitesi’nden Walter Gilbert ve Oxford’dan Colin Blake tarafından yazılan bu gözlemler, yeni genlerin evrimleşebileceği başka bir yol için destek sağlıyor. Muhtemelen farklı genlerden farklı ekzonlar, yeni kombinasyonlar oluşturmak için bir arada taşınabilir.
Bu hakim varsayım, ekzonlar “alanlar” (farklı şekiller oluşturan bloklar gibi görünen ve yeni bir şekilde düzenlendiklerinde yeni yapılar oluşturan farklı alt birimler) adı verilen bir dizi sonuçta ortaya çıkan proteini kodlarsa mantıklıdır.
Düzinelerce proteinin genleri üzerinde yapılan dikkatli deneyler, durumun genellikle böyle olduğunu göstermiştir. Örneğin, miyogloblini kodlayan gendeki her iki intron da, birleştirme parçalarını kodlayan ana kıvrımlardaki bu oldukça sarmal globüler proteinin bölgeleri arasında yer alır. Bu nedenle, her bir intron, tam alanlar arasında bir tür sınırı tanımlar ve her miyoglobin eksonunun, bu alanlardan veya alt birimlerden birini kodladığı düşünülebilir. Diğer bazı proteinlerin genlerinde intronlar, sigmoid sarmal kısmını kodlayan bölgelerin ve b-klasörü kısmını şifreleyen bölgelerin sınırlarında bulunur. Bunun yerine, intronlar bazen proteinin aktif kısmını içeren kodon bölgelerinin yanında bulunur. Ekzonlar tarafından kodlanan bölgeler farklı modüller oluşturduğundan, eksonların yeni rekombinasyonu, yeni özelliklere sahip çalışan bir enzim oluşturma olanağına sahip olacaktır. Örneğin, A geninin 2. ekzonunu, B geninin 4. ekzonunu, C geninin 1. ve 2. ekzonunu ve D geninin 2. ekzonunu içeren yeni bir gen oluşturulabilir. Rekombinasyon, eksonların orijinal genlerinden ayrılmasından etkilenebilir. veya kopyalayarak çoğaltın. Bu, eksonların kendilerinin ayrılmasını veya kopyalanmasını da içerebilir. Her durumda, bir ekzonun (ilgili intronuyla birlikte) kromozomun intron bölgesine sokulması, işlevsel yenilenme şansını artırır.
Son yıllarda yapılan karşılaştırmalı DNA dizileme çalışmaları, geçmişte olası ekson rekombinasyonuna dair daha fazla kanıt sağlamıştır. Gilbert, bugün mevcut olan tüm genlerin (yalnızca insanlarda 50.000, yüz binlerce ekzon kombinasyonu) muhtemelen 1.000’e kadar farklı eksondan evrimleştiğini tahmin ediyor. Dikkat çekici bir şekilde, moleküler biyologlar tarafından yeni enzimler oluşturmak için geliştirilen bu evrim senaryosu, hibrit düzenleyici genler oluşturmak için ekzon rekombinasyonunda kullanılıyor. Ekson kopyalarının ve rekombinasyonun, büyük evrimsel yenilikler üreten etkili mekanizmalar olduğu neredeyse kesin görünüyor.
kaynak:
https://www.sciencedirect.com
yazar: bronzlaştırıcı tonik
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]