Hayvanlarda çokhücreli yaşamın evriminin, yeni genlerin evrimi yerine, halihazırda varolan genlerin nerede ve ne zaman etkinleşeceğini belirleyen işlevsel-genomik değişimlerin evrimi ile gerçekleşmiş olabileceği gösterildi.
Çokhücreli yaşam birbirinden bağımsız şekilde birçok canlı grubunda evrildi. Bu gruplardan birisi de hayvanlar. Tek bir döllenmiş yumurta ile başlayan çokhücreli hayvan yaşam döngüsü birkaç ay içinde farklı hücre ve doku tiplerinin oluşumunu içeriyor. Bu karmaşık gelişim sürecinin ne tür moleküler-genetik değişimler sonucunda evrildiğini çalışmak, çokhücreli yaşamın evrimini anlamak için atılması gereken bir adım.
Çokhücreli hayvan topluluklarının tekhücreli akrabası olan Capsaspora isimli canlı türü bu konuyu çalışmak için ideal bir organizma. Hayvanların ve Capsaspora’nın moleküler-genetik işleyişini karşılaştırmanın çokhücreliliğin hayvanlarda evrimini aydınlatacak fikirler vereceği hipotezi ile yola çıkan araştırmacılar geçtiğimiz günlerde yayınladıkları bir çalışma ile konu üzerine ilginç veriler sunuyorlar.
TEKHÜCRELI CAPSASPORA VE ÇOKHÜCRELI HAYVAN GENOMLARI ARASINDA ŞAŞIRTICI BENZERLIKLER
Capsaspora genomu ile çokhücreli hayvanların sahip oldukları genleri karşılaştıran araştırmacılar bu iki farklı yaşam biçimi arasında içerdikleri genler bakımından bir fark bulamıyorlar.
Bununla ilişkili bir diğer ilginç sonuç ise, çokhücreli canlı türlerinin döllenmiş yumurtadan farklı dokulara (örneğin iskelet kasına veya kan hücrelerine) doğru gelişimini kontrol eden en temel genlerin (örneğin ‘Bar’ ve ‘Myc’ gibi genlerin) tekhücreli akraba organizma Capsaspora’da da bulunuyor olması. ‘Bar’ geni ve benzer genlerin kontrol ettiği alt yolaklarda bulunan onlarca hedef DNA/gen bölgeleri çokhücreli hayvanlarda ve tekhücreli Capsaspora’da büyük benzerlik gösteriyor.
Bu sonuç çokhücreli organizmaların yaşam döngüsü için çok önemli olan bu genlerin ve bağlandıkları DNA bölgelerinin tekhücreli organizmanın yaşamında farklı işlevler, -örneğin çevresel değişimler sonucu tekhücreli mikropları küme halinde birbirlerine sokulması gibi işlevler-, için gerekli olduğunu öneriyor. Çokhücreli yaşam evrilirken ilgili DNA bölgeleri bu sefer yeni yaşam biçimine uygun, örneğin farklı hücre ve doku tiplerini oluşturmanın kontrolü gibi, yeni görevler alıyorlar.
PEKI FARK NEREDE?
Bunca ilginç benzerliğin yanında bu iki değişik yaşam biçimine sahip canlılar arasında temel moleküler-genetik farklılıklar olmalı.
Bulunan ilk temel farklılık ise genlerin ifadelenmesinde, yani RNA’ya yazılımında görülüyor. Yazılımı kontrol eden DNA dizilerinin (yani promotörlerin) çeşitliliği soylar arasında farklılık gösteriyor: Çokhücreli hayvanlarda üç tip promotör DNA bölgesi bulunmakta. Capsaspora’da ise sadece tip-II promotor bölgesi bulunuyor. Diğer iki tip promotör tipinin farklı hücre ve dokularda (örneğin kalp kası ve iskelet kası arasında) farklı gelişim dönemlerinde ifadelenecek genleri belirlendigi bilgiyi icerdiği önceden bilinmekte.
Aynı bağlamda, keşfedilen çok önemli bir diğer farklılık ise, genlerin ifadesini uzaktan kontrolünü belirleyen ve “hızlandırıcı” (İngilizce “enhancer”) adı verilen DNA bölgelerinin tek hücreli Capsaspora’da bulunmaması.
Soyağacında üstte gösterilen çokhücreli hayvan soylarının tümünde uzaktan hızlandırıcı gen regülasyonu (“distal enhancer regulation”) ve gelişimi kontrol eden promotörler (“developmental enhancers”) bulunuyor. Öte yandan Caspasora’da bizim hücrelerimizde de bulunan regülasyon öğeleri ve gelişimsel genler bulunuyor (sağ alt kutu). Hücre döngüsünün kontrolü, daha çokhücrelilik evrilmeden önce evrilmiş. Çok hücreli canlıların başlangıcı kırmızı noktayla gösterilmiş.
TEKHÜCRELİ YAŞAMIN GENETİK BİLGİ İÇERİĞİNİN “DAHA KARMAŞIK” ÇOKHÜCRELİ YAŞAM BİÇİMİNE UYARLANMASI
Sonuçlar hayvanlarda çokhücreli yaşamın evrimi ile ilişkilendirildiğinde, yepyeni genlerin evrimi yerine, varolan genlerin ‘ne zaman’ – ‘nasıl’ – ‘hangi hücrede’ (yani daha detaylı biçimde) kontrol edilmesini sağlayan düzenleyici DNA bölgelerinin ve ilgili mekanizmaların evriminin çokhücreli yaşamın evrimini olanaklı kılan en önemli işlevsel-genomik kaynak olduğunu gösteriyor.
Bu noktada, tekhücreli Capsaspora’nın genom uzunluğunun, hayvan genom uzunlukları ile karşılaştırıldığında, önemli ölçüde kısa olduğunu hatırlamak, genişleyen genom ve “karmaşık” yaşam biçimlerinin evrilmesi ilişkisine odaklanılması fikrini sunuyor. Bu ilişki, varolan genlerin uzaktan kontrol bilgisini içeren DNA bölgelerinin evrimi bakımından önemli görünüyor.
Son olarak, çokhücreli yaşamın evrimine dair hayvanlarda bulunan bu verilerinden yola çıkarak, çokhücreli yaşamın bağımsız olarak evrildiği diğer canlı gruplarında benzer yolların izlenip izlenmediğini incelemek ilginç olacaktır.
Kaynak: Sebe-Pedros vd., 2016, Cell, “The Dynamic Regulatory Genome of Capsaspora and the Origin of Animal Multicellularity”, dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.03.034
