Bilim Ofisi | Epigenetik
488
post-template-default,single,single-post,postid-488,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,,qode-title-hidden,qode_grid_1300,footer_responsive_adv,qode-theme-ver-16.6,qode-theme-bridge,disabled_footer_bottom,wpb-js-composer js-comp-ver-5.5.1,vc_responsive

Epigenetik

Epigenetik, DNA dizisindeki değişikliklerden kaynaklanmayan, ama aynı zamanda ırsi olan, gen ifadesi değişikliklerini inceleyen bilim dalıdır. Yaşam stili, beslenme alışkanlığı, spor gibi çevresel faktörlerin genlerin aktivitesini düşürmesi veya yükseltmesiyle ortaya çıkan rahatsızlıkları inceler. Başka bir ifadeyle DNA dizisinde hiçbir değişiklik gerçekleşmeden genlerin fazla ya da yeterli çalışmamasından kaynaklanan durumlardır.( Dipl. Biologe Mehmet Saltuerk Institute for Genetics University of Cologne).Yani, epigenetik dendiğinde, genetik yapımızdaki (genotip) değişikliklerden kaynaklanmayan, ancak kalıtsal olan gen ekspresyonlarındaki ya da ifadelerindeki değişiklikler akla gelmelidir. Epigenetik, gen dizilişleriyle değil, genlerin dokulardaki ifadeleriyle ilgilenir. Yani genlerimizin ne zaman ve nasıl çalışacağını belirleyen, bazı genleri susturan, aktivitelerine engel olan, epigenetiktir. Eskiden öğrenilebilen bilgiler ışığında, birçok hastalığa genetik yatkınlığımız olduğu için yakalanıyorduk. Günümüzde ise birçok başka hastalığa genetik yatkınlığımız olsa dahi yakalanmıyoruz çünkü epigenetik mekanizmalar sayesinde o genler aktif hale geçemiyor ve susturuluyor. İkiz kardeşlerden birinin kanser olup diğerinin olmaması, kanser olmayan kardeşteki genlerin epigenetik mekanizmalar ile susturulması ile ilişkili olabiliyor. Çalışmalar epigenetik değişikliklerin oluşmasında çevresel faktörlerin önemini göstermektedir. Çocukluk çağında yaşadıklarımızın, yaptığımız işin, alışkanlıklarımızın ve daha birçok faktörün genlerimizin ifadelerini etkileyebildiğini unutmayın. Uzun yıllardan beri tıpta ve biyolojide, özellikle de genetik alanında, birçok kalıtsal hastalık, yeni keşfedilen kanser türleri ve fonksiyonları tam anlaşılamamış bazı biyolojik sistemlerde birçok çalışma yapılmakta ve yeni teoriler üretilmektedir. Ancak özellikle son yıllarda, bilinen genetik çözümlemelerin yetersiz kaldığı, genetiğin daha ötesindeki mekanizmalarla açıklanabilen birçok olgu mevcuttur ve bunlar epigenetik düzenleme adı altında incelenmektedir. Örneğin, son yıllarda yapılan çalışmalar kanserin sadece klasik genetikle değil,aynı zamanda DNA metilasyonu, histon modifikasyonları, nükleozom konumlandırma, kodlama yapmayan RNA’lar ve mikroRNA ekspresyonundaki değişiklikleri kapsayan epigenetik mekanizmalarla birlikte değerlendirilmesi gerektiğini ortaya çıkarmaktadır. Genom bilimi (genomik) devrimi lokal gen analizinden ziyade global incelemeyi teşvik etmiştir ve “daha yüksek düzeyde kromatin katlama düzeni ve çekirdeksel matrikse bağlanma, nükleozomlar etrafındaki DNA paketlenmesi, histon kuyruklarının kovalent modifikasyonları (asetilasyon, metilasyon, fosforilasyon, ubikutinasyon) ve DNA metilasyonunu içeren kromatin etkileri”nin çalışması olarak ‘epigenomik’ terimi türetildi (Dolinoy vd. 2007, Karaçay 2009). İlginç biçimde, epigenetik gen regülasyonu üzerindeki çevresel faktörlerin tesiri ikinci, üçüncü ve dördüncü nesillerde devam eden yetersizlik ve noksanlığa maruz kalma durumuna rağmen, ara kuşaklar için de süreklilik gösterebilir (Dolinoy vd. 2007, Morgan vd. 2009). DNA, ilk etapta histon proteinlerinin etrafına sarılmaktadır. Bu protein–DNA kompleksleri yan yana gelip bir yapı meydana getirirler. Bu yapı ise kendi çevresinde burgulu bir biçimde sarılıp kromozomları oluşturur (Karaçay 2009). Kromatinin temel birimi, bir histon oktameri çekirdeği etrafında paketlenmiş yaklaşık 147 DNA baz çifti içeren nükleozomdur. Her oktamer, H2A, H2B, H3 ve H4 histonlarının her birinden iki kopya içerir (Dolinoy vd. 2007, Nestler 2014). Kromatin, gen transkripsiyonuna olanak tanımayan, inaktive olan, yoğunlaşmış bir bölge (heterokromatin) ve özel genlerin transkribe olmasına olanak tanıyan, aktif, açık bir bölge (ökromatin)’den oluşur. Aslında kromatin bu iki uç arasında birçok bölgeye sahiptir. Özel genlerin etrafında kromatin bölgesinin düzenlemesi, ‘non-genic’ bölgelerin yanı sıra, histonların farklı post-translasyonel modifikasyon tipleri, DNA’nın kendi metilasyonu, kromatini yeniden modelleyen geniş protein aileleri ve kodlama yapmayan RNA’ları kapsayan kompleks biyokimyasal süreçler tarafından kontrol edilmektedir (Nestler 2014). Histonlar, ökaryotik kromatinde ilk düzeyde DNA paketlenmesinden sorumludurlar. Histon proteinleri, yüksek oranda artı yüklü amino asit (lizin ve arjinin) içerir. Bu amino asitler eksi yüklü DNA’ya sıkıca bağlanır. Evrimsel süreçte tipik olarak korunan birçok histon modifikasyonu vardır. Lizin ve arjinin kalıntılarının metilasyonu, lizin asetilasyonu, serin ve treonin kalıntılarının fosforilasyonu, prolin izomerizasyonu, monoubikülasyon, sumoylasyon bunlar arasında sayılabilir (Zhang 2007). Böyle modifikasyonlar, kodlama yapmayan genom sekanslarının yanı sıra kodlama yapanları da oluşturabilir. Bazı modifilkasyonlar spesifik iken, bazıları ise transkripsiyon bölgelerinde hem aktif hem de inaktiftir. Bunlar hücre siklusunun gelişimsel fazında stres ve diğer çevresel faktörler tarafından etkilenirler (Dolinoy vd. 2007). DNA metilasyonu, gen ekspresyonu ve kromatin organizasyonunda önemli rolü olan bir epigenetik değişikliktir. Metilasyonla genler susturulabilmekte ve kromatin yapısı değişmektedir. DNA metillenmesi, omurgalılarda transkripsiyonun kontrolünde kromatin yapısıyla alakalı bir mekanizmadır. Omurgalı DNA’sında yer alan sitozinler, 5ı-karbon durumuna metillerin katılması ile değiştirilebilir. Bazı türlerde, embriyodaki hücre farklılaşması esnasında, genlerin uzun süreli inaktivasyonu gerçekleşirken DNA metilasyonunun gerekli olduğu görülmektedir. Fare ve Arabidopsis bitkisi gibi çok farklı iki organizmada, metilasyonu sağlayan enzimin bulunmaması sonucunda DNA metilasyonunda yetersizliğin olması, embriyonik  gelişimde anormalliklere yol açar. Genler, bir defa metilasyon geçirdikleri zaman, birbirlerini izleyen hücre bölünmeleri boyunca aynı şekilde varlıklarını sürdürürler (Herceg vd. 2008, Nestler 2014). Duke Üniversitesi’nden Randy Jirtle ve Dana Dolinoy, bir deney sırasında, bütünüyle aynı olan ikiz farelerin zamanla dış görünüş ve hastalıklara yakalanma bakımından oldukça farklılık gösterdiklerini anlamışlardır. Farelerden birinin renginin siyahla karışık kahverengi (normal renk) olduğunu, diğerinin renginde ise sarıya dönüşüm olduğunu ifade etmişlerdir. Daha sonra yapılan takipte, sarı farenin daha fazla kilo alıp daha çok yağ biriktirdiğini, kanser ve diyabet riskinin de diğerinden daha yüksek olduğunu gözlemlemişlerdir. Kıl renkleri de farklı olan bu farelerde, çalışmaların ilerleyen aşamalarında “agoti” adlı, kıllara renk veren genin sarı farede aktifken, kahverengi ikizinde susmuş vaziyette olduğu belirlenmiştir (Waterland ve Jirtle 2003, Karaçay 2009). Biyoloji ve özellikle de genetik biliminde son yüzyılda yaşanan gelişmeler dikkat çekici olmuştur ve insan hayatını ilgilendiren birçok konuda şaşırtıcı yenilikler sunmuştur. Daha yakın bir zaman diliminde ise genetikte ‘epigenetik’ adı verilen yeni bir olgu keşfedilmiş ve bu alanda birçok çalışma yapılmıştır. Birçoğu, bildiğimiz genetik çözümlemelerle açıklanamayan yeni teoriler üretilmiştir. Epigenetik alanında günümüzde de devam eden bu çalışmaların ışığında, bazı kalıtsal hastalıklar ve kanser gibi mekanizmaları tam olarak çözülememiş bazı sorunların aydınlatılabileceği ümit edilmektedir.

Yazar:Rümeysa Halise Gülyeşil

REFERANSLAR

Genetik. (2018). Epigenetik Nedir?. [online] Available at: https://saltuerk.wordpress.com/2015/03/05/epigenetik-nedir/.

Dergipark.gov.tr. (2018). [online] Available at: http://dergipark.gov.tr/download/article-file/304696 .