Yönlendirilmiş Mutasyon Ve Tanrı

 'Kuantum titreşimleri' evrimin ve kanserin temelini oluşturabilir

From left to right, the structures of A-, B- and Z-DNA. Credit: Wikipedia

12 Mart'ta Nature dergisinde çıkan çalışma, bu titremelerin, DNA kopyalama makinesinin hata yaptığı sıklıkta ortaya çıktığını, bunun da onları evrimi ve kanser gibi hastalıkları yönlendiren rastgele genetik değişikliklerin temeli haline getirebileceğini gösteriyor.

Duke Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde biyokimya profesörü olan Ph.D. Hashim M. Al-Hashimi, "DNA'nın yapısı doğası gereği hataların oluşmasına izin verecek şekilde düzenlenmiştir" dedi. "Bu hatalar kritik çünkü eğer onları hiç yapmamış olsaydı, asla bildiğimiz gibi bir yaşama sahip olamazdık, çünkü asla evrimleşemezdik. Ancak eğer bunlardan çok fazla olsaydı, genlerimiz kontrolden çıkıp mutasyona uğrardı ve hayatta kalamazdık. Bu kuantum titreşimleri, bu kendiliğinden mutasyonların sıklığını tam olarak doğru seviyeye ayarlıyor gibi görünüyor."

DNA'nın zarif tasarımı, baz adı verilen dört kimyasaldan oluşan basamaklar içeren, sarmal bir merdiven gibi birbirinin etrafında bükülmüş iki uzun şeritten oluşur. Bu bazların her biri, çeşitli konfigürasyonlarda nitrojen, oksijen ve hidrojenin yanı sıra karbon halkaları içerir. Bu atomların düzeni, bir yapbozun birbirine kenetlenen parçaları gibi, G'nin C ile ve A'nın T ile eşleşmesine olanak tanır. DNA kopyalandığında, kopyalama makinesi yalnızca Watson ve Crick baz çiftleri olarak bilinen mükemmel uyumu birleştirmeye ve uyumsuzlukları reddetmeye dikkat eder.

1953'te çift sarmalı keşfettikten kısa bir süre sonra Watson ve Crick, dört bazın şekillerini değiştirebileceğini, böylece bu yanlış eşleşmelerin gerçekmiş gibi geçebileceğini öngördüler. Watson-Crick geometrisi gibi görünen hatalı eşleşmelerin görüntüleri son 10 yılda çekildi ve bu fikre bir miktar güven kazandırdı. Ancak bu yanlışlıkların kesin doğası ve ortaya çıkma sıklığını belirleyen faktörler hala belirsizliğini koruyor.

DNA'nın şekil değiştirmesi daha büyük moleküllerde atomik seviyedeki hareketleri içerdiğinden, geleneksel yöntemlerle tespit edilmesi imkansızdı. Bu nedenle Al-Hashimi'nin ekibi, bu geçici, neredeyse görünmez değişiklikleri görselleştirmek için NMR gevşeme dispersiyonu adı verilen ve kendisinin "steroidler üzerinde MRI" ya benzettiği karmaşık bir teknik kullanmaya karar verdi.

Laboratuvarda yüksek lisans öğrencisi olan Isaac J. Kimsey, G-T yanlış eşleşmesi içeren çift sarmallı bir DNA modeli tasarladı. Daha sonra, G ve T bazlarının nitrojen ve oksijen atomları arasındaki hidrojen atomlarının geçişini izlemek için NMR tekniğini kullandı. Normalde G, T ile pek iyi eşleşmez çünkü her ikisinin de yüzeylerinden çıkan ve birbirleriyle çatışan hidrojen atomları vardır.

Watson ve Crick başlangıçta bazların hidrojenleri iterek uyumsuz bağlantılara izin verebileceğini varsaymışlardı. Kimsey, NMR tekniğinin yardımıyla, DNA dubleksindeki böyle bir atomik yeniden düzenlemeye ilişkin ilk doğrudan kanıtı sağladı. Ayrıca DNA'nın kimyasal kuzeni olan RNA'da da benzer bir olgunun meydana geldiğini gösterdi.

Bu küçük hareket veya "kuantum titreşimi" o kadar büyük miktarda enerji gerektirir ki, bazlar bu başarıyı yaklaşık her 10.000 denemede yalnızca bir kez başarabilirler. O zaman bile, hidrojenler orijinal konumlarına geri dönmeden önce yeni şekillerini yalnızca çok kısa bir süre (50 ila 200 mikrosaniye) boyunca tutabilirler.

Araştırmacılar önceki biyolojik çalışmalara baktılar ve bu nadir alternatif durumların DNA'da polimeraz makinesinin kopyalama hataları kadar sık ​​​​ortaya çıktığını buldular.

Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde kanser araştırmacısı olan ve bu araştırmaya dahil olmayan Bert Vogelstein, "Bu, evrimi yönlendiren ve kansere katkıda bulunan rastgele mutasyonlardan sorumlu temel mekanizmayı aydınlatan dikkate değer bir çalışmadır" dedi.

Kimsey, bu gerginliklerin nasıl ortaya çıktığının daha iyi anlaşılmasının, kanser hücreleri ve virüslerle savaşmak için yeni tedavilerin geliştirilmesine yardımcı olabileceğini, örneğin onları daha hızlı bir oranda mutasyona uğratarak sonunda işlevlerini yitirmelerine yardımcı olabileceğini söyledi.

Araştırmanın başyazarı Kimsey, "5-bromouridin gibi bazı kanserojenlerin bu titremelerin daha sık ortaya çıkmasına neden olabileceğini biliyoruz" dedi ve şöyle devam etti: "Bu nedenle, bu bilgiyi, kanser hücrelerini veya virüsleri daha hızlı uyaran ilaçları uyarlamak için kullanabiliriz. o kadar çok hata yapıyorlar ki kontrolsüz bir şekilde mutasyona uğruyorlar ve sonunda ölüyorlar

Makale İçin: 

"Visualizing Transient Watson-Crick Like Mispairs in DNA and RNA Duplexes," Isaac J. Kimsey, Katja Petzold, Bharathwaj Sathyamoorthy, Zachary W. Stein, and Hashim M. Al-Hashimi. Nature, March 12, 2015. DOI: 10.1038/nature14227

Journal information: Nature