Yaşamın İlk Adımlarını Kontrol Etmek: Bilim İnsanları Yeni Epigenetik Anahtar Buldu…
Araştırmacılar, 5-formilsitozinin (5fC) erken embriyonik gelişimde genleri aktive ettiğini ve omurgalılarda yeni bir epigenetik DNA modifikasyonu türünü ortaya çıkardığını keşfettiler. Bu atılım, 5fC’nin kritik gelişim aşamalarındaki rolünü ortaya çıkarıyor ve kanser gibi hastalıklardaki işlevi hakkında daha fazla araştırma için kapıyı açıyor.
Omurgalıların embriyonik gelişiminde 5-formilsitozin genleri aktive eder.
Almanya’nın Mainz kentindeki Moleküler Biyoloji Enstitüsü’nden (IMB) Profesör Christof Niehrs ve ekibi, embriyonik gelişimin erken evrelerinde genleri aktive eden epigenetik bir anahtar olan 5-formilsitozin (5fC) olarak bilinen bir DNA modifikasyonunu tanımladılar.
Bu bulgu, omurgalıların birden fazla epigenetik DNA işaretine sahip olduğunu ilk kez kanıtlıyor ve gelişimin en erken evrelerinde genlerin nasıl düzenlendiğine dair yeni ışık tutuyor. Bulguları Cell dergisinde yayınlandı .
5fC, metilsitozin dışında kanıtlanmış ikinci epigenetik DNA modifikasyonudur
Vücudumuz, işlevsel bir organizma oluşturmak için birlikte çalışan trilyonlarca hücreden oluşur. Yine de her birimiz sadece tek bir döllenmiş yumurta hücresi olarak başladık. Bütün bir insan olmak için, bu tek hücre hızla çoğalmalı ve doğru yerlerde doğru organları oluşturmalıdır. Bu gelişim süreci, binlerce genin tam olarak doğru zamanda ve yerde etkinleştirilmesine bağlıdır. Genlerin etkinleştirilmesi/etkisizleştirilmesi, sözde epigenetik modifikasyonlar, yani genleri açıp kapatmak için trafik ışıkları gibi davranan DNA’ya ve ilişkili proteinlerine bağlı kimyasal gruplar tarafından kontrol edilir.
Bilim insanları on yıllardır omurgalıların DNA’sında sitozin metilasyonu adı verilen ve gen susturulmasıyla ilişkilendirilen tek bir epigenetik modifikasyon türü olduğunu düşünüyorlardı. On yıl önce omurgalı DNA’sında üç kimyasal modifikasyon daha keşfedildi ancak bunlar çok küçük miktarlarda mevcut olduğundan bilim insanları bunların işlevsel epigenetik işaretler olup olmadığından emin değildi.
Şimdi, Profesör Christof Niehrs ve ekibi, bu modifikasyonlardan biri olan 5-formilsitozinin erken gelişimdeki genleri aktive etmede rol oynadığını ilk kez gösterdi. Keşif önemli çünkü omurgalıların birden fazla epigenetik DNA işaretine sahip olduğunu kanıtlıyor ve daha önce bilinmeyen yeni bir epigenetik gen düzenleme mekanizmasını ortaya çıkarıyor. “Bu bulgular epigenetikte gerçek bir atılım çünkü 5fC, metilsitozinin yanı sıra kanıtlanmış ikinci epigenetik DNA modifikasyonu,” diyor 2011 yılında Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz (JGU) kampüsünde açılan IMB’nin Kurucusu ve Bilimsel Direktörü Niehrs.
Kurbağa ve Fare Embriyolarında 5fC’nin Araştırılması
Çalışmalarında bilim insanları kurbağa embriyolarındaki 5fC’ye baktılar. Mikroskopi ve kromatografi kullanarak, 5fC’nin birçok genin açıldığı zigotik aktivasyon adı verilen önemli bir adım sırasında gelişimin en başında önemli ölçüde arttığını keşfettiler. Çalışmanın ilk yazarı Eleftheria Parasyraki’nin açıkladığı gibi: “5fC’nin mikroskobik olarak görülebilen küçük noktalarda veya kromosantrelerde gözlemlenmesi heyecan vericiydi. Bunlara dayanarak, 5fC’nin erken embriyonik gelişimde önemli bir şey yapması gerektiğinden şüphelendik.”
5fC’nin aktive edici bir epigenetik işaret olduğunu kanıtlamak için bilim insanları, DNA’daki 5fC miktarını artırmak veya azaltmak için embriyo içindeki enzimleri genetik olarak manipüle ettiler. 5fC’yi artırmak gen ifadesini artırırken, 5fC’yi azaltmak gen ifadesini azalttı, bu da genleri aktive eden şeyin DNA’daki 5fC varlığı olduğunu gösteriyor. Son olarak, bilim insanları ayrıca zigotik gen aktivasyonu sırasında fare embriyolarında 5fC kromosantrelerini gözlemlediler. Bu, 5fC’nin hem memelilerde hem de kurbağalarda aktive edici bir epigenetik işaret olarak hareket ettiğini düşündürdü.
5fC’nin DNA üzerinde aktive edici bir epigenetik düzenleyici olduğu gerçeğinin ortaya çıkması, tam olarak nasıl davrandığı ve erken zigotik genom aktivasyonunun ötesindeki rolünün ne olduğu konusunda birçok soru ortaya çıkarıyor. Özellikle kanser hücreleri çok yüksek miktarda 5fC’ye sahip olabilir. Bu soruları cevaplamak için 5fC üzerinde ek çalışmalara ihtiyaç duyulacak ve bu da nihayetinde nasıl geliştiğimizi ve hastalıkta gen düzenlemesinin nasıl bozulduğunu daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.
