X kromozomunun yapısı hakkında yeni ipuçları ortaya çıktı

Massachusetts General Hospital’daki (MGH) araştırmacılar, insanlar da dahil olmak üzere dişi memelilerin bir X kromozomunu nasıl ‘susturduklarına’ dair artan anlayışa katkıda bulunan yeni ipuçları ortaya çıkardılar. Molecular Cell dergisinde yayınlanan yeni çalışmaları, bazı proteinlerin inaktivasyonuna katkıda bulunan X kromozomunun yapısını nasıl değiştirdiğini gösteriyor. X kromozomu inaktivasyonunun daha iyi anlaşılması, bilim insanlarının süreci nasıl tersine çevireceklerini anlamalarına yardımcı olabilir ve bu da potansiyel olarak yıkıcı genetik bozukluklar için tedavilere yol açabilir.

Dişi memelilerin tüm hücrelerinde X kromozomunun iki kopyası vardır. Her X kromozomu birçok gen içerir, ancak çiftlerden yalnızca biri aktif olabilir; eğer her iki X kromozomu da genleri ifade ederse hücre hayatta kalamaz. Her iki X kromozomunun da aktif olmasını önlemek için dişi memeliler, gelişim sırasında bunlardan birini etkisiz hale getiren bir mekanizmaya sahiptir. X kromozomu inaktivasyonu, görevi tamamlamak için diğer proteinleri (Polycomb baskılayıcı kompleksler gibi) alarak, kromozom boyunca yayılarak genleri susturan Xist adı verilen kodlamayan bir RNA formu tarafından düzenlenir.

MGH Moleküler Biyoloji Bölümü’nde araştırmacı ve makalenin kıdemli yazarı olan Jeannie Lee, MD, Ph. D., x kromozomunun inaktivasyonu üzerine çığır açan araştırmalara öncülük etti. Bu fenomeni anlamanın, aktif x kromozomundaki genlerdeki mutasyonların neden olduğu X’e bağlı bozukluklar olarak bilinen konjenital hastalıkların tedavisine yol açabileceğine inanıyor.

Lee, “Amacımız, genin iyi bir kopyasını taşıyan inaktif X kromozomunu yeniden etkinleştirmek” diyor. Bunu yapmak, neredeyse her zaman dişilerde görülen ve dil, öğrenme, koordinasyon ve diğer beyin işlevlerinde ciddi sorunlara neden olan MECP2 adlı bir gendeki bir mutasyonun neden olduğu bir bozukluk olan Rett sendromu gibi rahatsızlıkları olan kişiler için büyük faydalar sağlayabilir. Teoride, X kromozomunu yeniden etkinleştirmek, Rett sendromunu ve X’e bağlı diğer bozuklukları iyileştirebilir.

Bu çalışmada, Lee ve Andrea Kriz -Ph.D. öğrencisi ve makalenin ilk yazarı- X inaktivasyonunda kohezinler adı verilen protein kümelerinin rolünü anlamakla ilgilendiler. Kohezinlerin gen ekspresyonunda kritik bir rol oynadığı bilinmektedir. Lee, “Bir kromozomu, genler ve düzenleyici dizileri birbirinden çok uzak olan uzun bir sicim parçası olarak hayal edin.” diyor. Belirli bir protein üretmek gibi genin “açılması” ve işini yapması için, uzaktaki düzenleyicisiyle temas halinde olması gerekir. Kromozomlar, geni ve düzenleyiciyi bir araya getiren küçük bir döngü oluşturarak bunun gerçekleşmesine izin verir. Halka şeklindeki kohezinler, bu ilmeklerin oluşmasına ve stabilize olmasına yardımcı olur. Genin çalışması tamamlandığında ve kapanma zamanı geldiğinde, WAPL adı verilen makas benzeri bir protein onu keser ve genin düzenleyicisinden kopmasına neden olur. Aktif bir kromozom, sürekli olarak oluşan ve ayrılan (veya ayrılan) bu ilmeklerin çoğuna sahiptir.

Gen ekspresyonu için gerekli olan bu küçük halkalar, inaktive edilmiş bir X kromozomu üzerinde nispeten baskılanır. Lee ve meslektaşlarının daha önce gösterdiği gibi bir neden, Xist’in çoğu kohezini inaktif X kromozomundan “çıkarması” ve bu kohezin tükenmesinin, susturma için kromozomun şeklini ve yapısını yeniden düzenlemek için gerekli olabileceğidir.

Bu çalışmada, Lee ve Kriz, protein bozunma teknolojisi kullanılarak X kromozomu inaktivasyonu sırasında kohezin veya WAPL seviyeleri manipüle edildiğinde ne olduğunu bulmak için dişi farelerden alınan embriyonik kök hücreleri kullandı. Lee, kohezin seviyeleri çok yükselirse, X kromozomunun düzgün bir şekilde inaktive olamayacağını gördüklerini belirtiyor. Normalde, tutan kohezinler (normalde tahliye edilmesi gereken) X kromozomunun aktif olmayan bir şekle katlanmasını engelledi ve gen susturulması etkilendi. Lee, “X kromozomu inaktivasyonu sırasında kohezinlerin çıkarılması ve tutulması arasında ince bir dengeye ihtiyacınız var” diyor.

Aktif bir X kromozomunda kohezin manipüle edildiğinde ne olduğunu sorulduğunda verilebilecek olan kısa cevap: Hareketsizleştirilmiş bir X kromozomunun bazı özel niteliklerini alır. Birincisi, yetersiz kohezin olduğunda, aktif X, genellikle yalnızca aktif olmayan X’de görülen ‘süper döngü’ adı verilen yapılar geliştirir. İkincisi, çok fazla kohezin olduğunda, aktif X, Lee’nin iki büyük blob olarak adlandırdığı megadomainler geliştirir ve ayrıca normalde inaktif X’e özgüdür. Lee, “Aktif X kromozomunun bazı özelliklerini aktif X kromozomuna sadece kohezin seviyelerini değiştirerek verebilmemiz ilgi çekici” diyor. Lee ve meslektaşları bunun nasıl ve neden olduğunu anlamaya çalışıyor.

Bu bulgular, X kromozomunun şeklinin ve yapısının, Xist’in bir taraftan diğerine yayılmasına ve inaktivasyona ulaşmasına izin vermede hayati bir rol oynadığını göstermektedir. Lee, “X kromozomunu susturmak için neyin önemli olduğu hakkında ne kadar çok şey öğrenirsek, onu yeniden aktive etmenin ve Rett sendromu gibi durumları tedavi etmenin yollarını bulma olasılığımız o kadar artar.”