Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Bilim İnsanları Bitkilerde DNA Metilasyonunun İç İşleyişini Araştırıyor

---

DNA metilasyonu, ökaryotik organizmalarda gen ifadesinin düzenlenmesinde önemli rol oynayan epigenetik mekanizmalardan biridir.

DNA metilasyonu, canlı hücrelerde gerçekleşen normal bir biyolojik süreçtir; burada DNA'ya metil grubu adı verilen küçük kimyasal gruplar eklenir.

Bu aktivite, hangi genlerin açılıp kapanacağını kontrol eder ve bu da organizmaların çevrelerine nasıl tepki verdikleri de dahil olmak üzere farklı özellikleri etkiler.

Bu işin bir kısmı, bir organizmanın genomu içinde hareket eden belirli DNA parçacıklarının susturulmasını veya kapatılmasını içerir.

Zıplayan genler veya transpozonlar olarak adlandırılan bu genler, kontrol edilmediği takdirde hasara yol açabiliyor.

Tüm süreç enzimler tarafından düzenlenir, ancak memeliler ve bitkiler metil grupları eklemek için farklı enzimler geliştirmişlerdir.

Washington Üniversitesi'nde araştırmacı olan Profesör Xuehua Zhong, "Memeliler, bir DNA bağlamında metil grupları ekleyen yalnızca iki ana enzime sahipken, bitkiler aslında bunu üç DNA bağlamında yapan birden fazla enzime sahip" dedi .

"Çalışmamızın odak noktası budur. Soru şu: Bitkiler neden ekstra metilasyon enzimlerine ihtiyaç duyar?"

"Belirli genler veya gen kombinasyonları belirli özelliklere veya niteliklere katkıda bulunur."

"Bunların tam olarak nasıl düzenlendiğini bulursak, o zaman ürün iyileştirme için teknolojimizi yenilemenin bir yolunu bulabiliriz."

Profesör Zhong ve meslektaşları bitkilerde bulunan iki enzime odaklandılar: CMT3 ve CMT2.

Her iki enzim de DNA'ya metil grupları eklemekten sorumludur, ancak CMT3, CHG dizileri adı verilen DNA kısımlarında uzmanlaşırken, CMT2, CHH dizileri adı verilen farklı kısımlarda uzmanlaşır.

İşlevsel farklılıklarına rağmen her iki enzim de, bitkilere genetik bilginin ek kopyalarını sağlayan çoğaltma olayları yoluyla evrimleşen aynı kromometilaz (CMT) ailesinin bir parçasıdır.

Çalışmanın yazarları, Arabidopsis thaliana adı verilen ortak bir model bitkiyi kullanarak, bu kopyalanmış enzimlerin zaman içinde nasıl farklı işlevler geliştirdiğini araştırdılar .

Evrimsel zaman çizelgesinin bir yerinde CMT2'nin CHG dizilerini metilleme yeteneğini kaybettiğini keşfettiler. Bunun nedeni, arginin adı verilen önemli bir amino asidin eksik olmasıdır.

St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nde lisansüstü öğrencisi olan Jia Gwee, "Arginin özeldir çünkü yüke sahiptir" dedi.

"Bir hücrede pozitif yüklüdür ve bu nedenle örneğin negatif yüklü DNA ile hidrojen bağları veya diğer kimyasal etkileşimler oluşturabilir."

"Ancak CMT2'nin farklı bir amino asit valini vardır. Valin yüklü değildir, bu nedenle CMT3 gibi CHG bağlamını tanıyamaz. İki enzim arasındaki farklara katkıda bulunan şeyin bu olduğunu düşünüyoruz."

Araştırmacılar bu evrimsel değişimi doğrulamak için arginini tekrar CMT2'ye dönüştüren bir mutasyon kullandılar.

Beklenildiği gibi, CMT2 hem CHG hem de CHH metilasyonunu gerçekleştirebildi. Bu, CMT2'nin başlangıçta CMT3'ün bir kopyası olduğunu, DNA daha karmaşık hale geldikçe yükü hafifletmeye yardımcı olan bir yedek sistem olduğunu gösteriyor.

"Ancak orijinal işlevi kopyalamak yerine, yeni bir şey geliştirdi" dedi Profesör Zhong.

Bu araştırma aynı zamanda CMT2'nin benzersiz yapısı hakkında da bilgi sağladı.

Enzimin kendi protein stabilitesini kontrol eden uzun ve esnek bir N-terminali vardır.

Profesör Zhong, "Bu, bitkilerin genom stabilitesi ve çevresel streslerle mücadele için evrimleşme yollarından biridir" dedi.

"Bu özellik, CMT2'nin dünya çapında çok çeşitli koşullarda yetişen bitkilerde neden evrimleştiğini açıklayabilir."

Sonuçlar bugün Science Advances dergisinde yayımlandı .

Gwee ve ark. 2024. Science Advances , baskıda; doi: 10.1126/sciadv.adr2222

---