Fatih Nejdet Memiş
Giriş
Teknoloji harikası istatistik programlarını kullanan bir grup araştırmacı, sıçrayan genler olarak da bilinen, insan DNA’sının tamamını içeren genomda, farklı bölgelere hareket eden DNA dizilerini anlamakta bir adım daha ilerlediklerini belirtti. Bu çalışmanın, kanser dahil olmak üzere, çeşitli hastalıkların ortaya çıkışına ve insan genomunun evrimine ışık tuttuğunu da eklediler.
Genellikle LINE-1 veya L1 olarak bilinen, uzun serpiştirilmiş elemanlar, yer değiştirebilen elementlerdir. Bu diziler genom boyunca hareket edebilir. Intercollege Genetik Yüksek Lisans Programı’nda doktora öğrencisi olan Di Chen, genetikçilerin ve tıp araştırmacılarının, sıçrayan genler ve bu genlerin genomla etkileşimlerinin bir nedenini bulmak için istekli olduklarını söyledi.
LINE1 genlerinin genomumuzda dolaşan tek LINE ailesi olduğunu söyleyen Chen, “İnsan genomu farklı dizilerden oluşmaktadır ve L1 olarak adlandırılan bu özel retrotranspozonar, genomun %17’sinden fazlasını oluşturmaktadır. Bu durum genom yapısı açısından da çok önemlidir. Diğer birçok yer değiştirebilen elementin oluşmasına ve evrimsel süreçte insan genomunun büyümesine olanka sağlar. Genomumuzdaki bu hareketlilik aynı zamanda genlerin işlevlerinin düzenlenmesinde büyük rol oynar.” sözlerini ekledi.
Araştırma
Bulgularını Moleküler Biyoloji ve Evrim Dergisi’nde yayınlayan araştırmacılar, L1’lerin evriminin birleşik modellerini oluşturdular. Yaşam Bilimleri Başkanı Verne M. Willaman, ve Huck Yaşam Bilimleri Enstitüsü, Penn State Tıbbi Genomik Merkezi Müdürü olan biyoloji profesörü Kateryna Makova’ya göre L1’ler, genom içine yerleşmeye ve yerleştikleri yerde sabit bir şekilde kalmaya eğilimlidirler.
Hesaplama ve Veri Bilimleri Enstitüsü (ICDS) üyesi de olan Makova, “Bulduğumuz şey oldukça ilginç. Bu yer değiştirebilir element bir yere yerleşebilir ve sonucunda çok farklı genomik değişimlere neden olabilir. Bu elementler genellikle genomun belirli bölgelerine yerleşir, fakat evrimsel bir süreçten sonra diğer genomik bölgelere tekrar taşınabilir. Daha önce bu ipuçlarını gösteren birkaç çalışma vardı, ancak bizim çalışmamız bunun oldukça yeni bir oluşum olduğunu öne sürmektedir.” ifadelerini kullanmıştır.
Araştırmacılar ayrıca, yerleşme ve sabitlenme süreçlerinin birçok farklı genomik özellikten etkilenmesine rağmen, L1’lerin genomda sıçrayan DNA parçalarından daha fazlası olduğunu buldular. Aslında bu parçalar, onları çevreleyen genomik dizileri de etkiliyor. Bu çalışma, araştırmacıların L1’leri daha derinlemesine anlamasına yardım edecek modellerin oluşturulmasına öncülük de edebilir.
“Önceden yaptığımız gibi modelleri oluşturarak, genomda kodlanan hastalıklarda ve diğer önemli özelliklerde L1’ler tarafından oynanan rollere dair daha iyi bir fikir elde edebiliriz. Örneğin, L1’ler hareket ettikçe nereye yerleştiğine bağlı olarak, güçlü veya zayıf bir etkiye sahip olduğunu ya da hiç etkisinin olup olmadığını bulabiliriz. Elbette, bu tahminlerden herhangi birinin sayısal ve deneysel çalışmalarda doğrulanması gerekir. Ancak bunu yapabilmeye yaklaşmamız önemlidir.” diyen Makova, bu araştırmanın medikal uygulamalara doğru götürmenin önemli olduğunu da belirtmiştir.
Ön çalışma olmasına rağmen ortaya çıkarılan bulgular, pratik ve klinik uygulamalara öncülük edebilir. Çünkü bu çalışma, L1’lerin önceden düşünüldüğü gibi pasif varlıklar olmadığını, aksine genomda aktif rol oynadıklarını göstermiştir. Ayrıca bazı L1 girişlerinin genom içindeki protein kodlayan bölgelerle etkileşime geçtiği düşünülmektedir.
Sonuç
Makova bu çalışmanın ilerideki önemine ilişkin, “Kanser başta olmak üzere diğer hastalıklarda L1 yerleşmelerinin veri setlerine dayalı olarak benzer analizler yapılabilir. Bazı L1’lerin nörolojik hastalıklarda önemli rol oynadığı bilinmektedir. Örneğin, beyin DNA dizileme çalışmaları polimorfik L1 eklemelerini buluyor. Aynı yöntemi kullanabilir ve bunu klinik olarak daha uygun veri setlerine uygulayabiliriz.” demiştir.
Araştırma ekibi, polimorfik, yeni yerleşmiş ve insana özgü L1’leri temsil eden 3 genel genom insan L1 veri setini diğer çalışmalardan toplanmış 49 genomik bölgelerle beraber analiz etti. Model oluşturmak ve L1’lerin yerleştiği ve sabitlendiği yerleri tam olarak analiz etmek için işlevsel veri analizi olarak bilinen gelişmiş istatistik yöntemlerin bir sınıfını kullandılar. Pen State Üniversitesi’nde istatistik profesörü ve Université Laval’de operasyonlar ve karar sistemleri alanında yardımcı doçent olan Marzia A. Cremona’ya göre bu yöntemler genomik bölgeleri yüksek çözünürlükte analiz etmenin bir yolunu sunmaktadır.
“L1’lere sahip olduğumuz bölgeler ve bu elementlerin bulunmadığı bölgeler arasındaki genomik manzaraların özelliklerinin farklarını test ettik.” diyen Cremona, “Sonrasında bu özelliklerin birlikte nasıl çalıştığını anlamamıza yardım edecek bir model oluşturmak için en önemli nitelikleri aldık.” ifadelerini eklemiştir.
Penn State Üniversitesi’nde istatistik profesörü, Lloyd ve Dorothy Foehr Huck İstatistik Kürsüsü ve Huck Yaşam Bilimleri Enstitüleri’nden Genom Bilimleri Fakültesi müdürü olan Francesca Chiaromonte bu tekniğin avantajı hakkında, “Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, işlevsel veri analizi teknikleri yüksek çözünürlüklü verileri kullanmakta daha iyidir. Bu nedenle araştırmacılara L1’ler ve genomik manzara arasındaki etkileşimin daha zengin bir görünümünü sunar. Örneğin biz bu teknikleri L1’lerin eklendikleri bölgelere ne zaman eklendiklerini, L1 içermeyen bölgeler ile karşılaştırmak için kullandık. Ortalama değerleri karşılaştırmak yerine işlevsel veri analizini kullanarak eğrileri, yani çok yüksek çözünürlükte gözlenen ölçüm şekillerini karşılaştırabiliriz. Yalnız ortalamalar arasındaki fark değil, eğrilerin şekilleri arasındaki farkı da gözlemlemek, bunlar arasındaki ilişkilerin ve etkilerin yerini daha iyi saptamamıza izin vermektedir.” demiştir.
Alvin Goldfarb Bilişimsel Biyoloji Profesörü ve Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde profesör olan Robi D. Mitra ile öğrencisi Zongtai Qi de bu ekiple birlikte çalışmıştır.
Bu çalışma, Penn State Klinik ve Çeviri Bilimleri Enstitüsü, Penn State Hesaplamalı ve Veri Bilimleri Enstitüsü ve Eberly Bilim Koleji tarafından desteklenmiştir. Tütün Yerleşimi ve CURE Fonları kullanılarak Pennsylvania Sağlık Bakanlığı’nın hibeleri kapsamında bu çalışmaya ek destek sağlanmıştır.
Görsel Kaynak: https://www.cshl.edu/press-news/new-book-on-next-generation-sequencing-in-medicine-from-cshl-press/
Editör: Sibel Öncel