Kodlanan ve kodlanmayan protein genlerinin intron ve ekzonlarından kaynaklanan RNA’lar yüksek organizmaların genetik işletim sisteminin gelişmesinde rol oynadı mı? Genomik ve karşılaştırmalı moleküler genetikden elde edilen bulgular durumun bu olabileceğini göstermektedir.

 

Moleküler biyolojide belki de en temel inanış genlerden proteinlerin kodlanmasını anlatan sentral dogmadır. Sentral dogma, genetik bilginin DNA’dan RNA’ya ve proteinlere doğru aktığını söyler. Bu aynı zamanda mRNA yolu ile DNA’dan proteinlere bilgi akışı anlamına gelir. Son yıllarda edindiğimiz bilgilere göre prokaryotlar %25’den az, basit ökaryotlar %25-50 arasi, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar %50’den fazla kodlanmayan (protein üretmeyen)  DNA barındırırken, insanlarda bu oran yaklaşık %98.5’dir. Yani organizma seviyesi arttıkça kodlanmayan DNA oranıda artıyor. Dolayısıyla, karmaşıklığın açıklanmasında daha fazla yapısal DNA analizlerine ve değerlendirmelere ihtiyacımız var.

 

Karmaşık organizmaların genomlarında esas verimin genetik olarak aktif fakat kodlanmayan ncRNA (non-coding RNA) olabileceği önceden de ileri sürülen bir konuydu. Buna göre, karmaşık organizmalarda ilerleme, proteinlerin yönlendirdiği ileri derecede düzenleyici ağların gelişimi ve ncRNA’lar tarafından yürütülen sinyal sistemleriyle gerçekleşmiş olabilir. Eğer bu hipotez doğruysa yüksek organizmalarda genetik bilginin nasıl kodlandığı ve iletildiği konusunda önceki görüşlerin sorgulanması gereklidir.

 

Moleküler Biyoloji tarihindeki en büyük sürpriz şüphesiz ki 1970’lerin sonunda özellikle yüksek ökaryotlardaki çoğu genlerin “splicing” adı verilen bir mekanizmayla farklı mRNA ürünlerine parçalanmasıdır. Sonraki bir çalışmada modern nuklear intronların kendi kuırpılmalarını yapabilen grup 2 intronların soyundan geldiği anlaşılmıştır. İntronlar insanlarda protein kodlayan genlerin ortalama %95-97’sinde bulunur. Son yıllarda bahsedilen intronik RNA’nın fonksiyonel olmadığına inanılmasına rağmen başka bir mantıklı olasılık vardır: bu da intronların genetik olarak aktif oldukları ve hücrenin düzenleyici (regülatör) ağının içinde genetik bilgiyi beslemeleridir.

 

ncRNA’lar :  paralel dijital düzenleyici sitem

 

Eğer intronların fonksiyonel olduğu düşünülürse düzenlenme üzerine şu olasılıklar öngörülebilir:

 

İlk olarak, karmaşık ökaryotların genetik işletim sisteminin basit prokaryotlarınkinden çok daha gelişmiş olduğu anlamına gelmektedir. Ökaryotik genler bilginin iki tipini paralel olarak üretecektir. Proteinler ve bunlara paralel olarak üretilen efference2 RNA sinyalleri. Bu efference RNA sinyalleri kendi transkriptinde kodlanmış proteinin biyokimyasal fonksiyonlarında diğer gen ve gen ürünleri ile bağımsızca iletişime geçebilirler.  Dolayısıyla ilk gen ürünü ile paralel üretilen düzenleyici RNA sinyalleri karmaşık organizmaların evrim ve gelişiminde esas oluşturur.

 

İkinci olarak, bu ncRNA dizileri karmaşık organizmalarda bir çeşit “seçici” teşvik altındadır. Buna bağlı olarak da bu şebekede çoğu genler “önemli dizi düzenleyicileri”  olarak sadece RNA sinyallerini üretecekdir. Karmaşık ökaryotlar basit olanlara göre daha yaygın intronlara sahip olduğundan bu tahmin mevcut bilgilerle çelişmez. Ayrıca memelilerde  transkriptlerin yarısı yada daha fazlasını oluşturacak şekilde  yeni ncRNA transkriptleri  tanımlanmaktadır. Küçük nukleolus RNA’larını kodlayan bazı genler -ekzonları açık okuma çerçeveleri içermediğinden ve muhtemelen dejenere olduğundan-  intronlardan bilgi iletebilmektedir. Yine ncRNA anlatımı yapan başka genlerde  bir kaç ekzon bulunabilmekte ve RNA’lar en azından alternatif kırpılma ile üretilmektedirler.

 

Üçüncüsü, bu RNA’ların çoğu transkripsiyon ve kırpılma (splicing)’dan sonra daha fazla sayıda küçük sinyallere işlenerek şebekedeki farklı hedeflere yönlenmektedirler. Bu hedefler  kromatin yapılanması, transkripsiyon, alternatif kırpılma, RNA stabilitesi, translasyonel etkinlik ve diğer lokuslar olabilir. Hem intron hem de ekzonlardan kaynaklanan microRNA’ların keşfedilmesi ve  RNA interferans (RNAi) mekanizmasının kromozom dinamikleri ve  gelişimsel yollarla ilişkisinin anlaşılması bu tahmini desteklemektedir.   

 

Dördüncüsü,  bu RNA moleküllerin çoğu katalitik olmadığından sinyaller sisteme epigenetik sinyaller gönderen bir çeşit “düzenleyiciler” olmalıdır. Örneğin, eğer b-globin geninin transkripsiyonundan kökenlenen intronik RNA’lar fonksiyonel ise bunların oksijen taşınmasıyla ilgisi olmayabilir. Ancak, bunlar eritroid hücre ağacındaki gen anlatımının koordinasyonu ve düzenlenmesinde rol oynuyor olabilirler ki bu konuda kanıtlar bulunmaktadır (…).  

 

Sonuç olarak RNA’lar hedeflerine ve muhtemelen diğer DNA ve RNA’ya  dizi spesifik sinyaller iletmektedirler. Bu hedefler ise uygun bir altyapıyla hareket ederek -ki proteinler bu sinyallenmiş komplekslerin ikincil ve üçüncül yapılarını tanıyabilirler ve kromatin modifikasyonu yada RNAi ile hedef yıkımı aracılığıyla- uygun aksiyonu kazanabilirler. Sinyaller ve onlara bağlı aksiyonlar ayrı olduğundan bu dijital bir sistemdir.

 

 

  1. Nature Reviews Genetics (2004) 5: 316-323.
  2. “Efference” RNA sinyalleri: Gen ürünü ile paralel üretilen RNA sinyalleridir. Bunlar gen aktivite şebekesinde koordinasyon ve düzenlenmeyi sağlamaktadırlar.