Geçen yazıda Aktif Yenileme Özellikleri ve Uzuvların Yeniden Oluşturulması hakkında konuşmuştuk. Hadi gelin HOX genleri ve uzuv yenilenmesi konularını derinden inceleyelim. Bu yazının dili biraz ağır olabilir değerli okurlar 🙂
Genler
Bir kromozomun belirli bir kısmını oluşturan nükleotid dizisine gen denir. Kromozom kesitleri olarak bilinen genler vücuttaki yerlerine göre çok farklı çeşitli ve işlevli olabilirler. Genler aynı sınıftan (protein veya RNA) işlev yapan ürünleri şifreleyip potansiyel olarak çift halinde birleşen genom dizileridir.
Çeşitli uzunluklara sahip olan genler büyüklükleri ile işlevsellikleri orantılı değildir. Genlerin kromozom üzerinde sırası ve sayısı canlılara göre belli bir düzen içindedir. Bu durum türler için sabit olup cinsler ve familyalar için farklılık gösterir.
Bu farklılık embriyo gelişiminde de kendini gösterir, uzuvların oluşumu, büyüklüğü, şekli türden türe bile değişiklik gösterir. Uzuv oluşumu esnasında kaslar, tendonlar, sinirler ve damarlar gibi çok çeşitli bir hücre farklılaşması görülür. Bu farklılaşmayı sağlayan, yalnızca hayvanlarda bulunan özel ve çok çeşitli genler vardır. Homeobox genlerinin bir alt kümesi olan bu genlere HOX genleri denir.
Homeobox Genleri Nedir?
DNA’nın işlevlerinden birisi, organizmaların vücutlarını oluşturmak için gerekli talimatları içermektir. DNA, bir organizmanın şeklini oluşturmasına neden olan süreç morfogenezi (hücre, doku, organizmanın şeklinin gelişimi) düzenleyen genler içerir. Bu genlere Homeotik genler denir. Homeotik genlerin bir alt kümesi, Homeobox adı verilen 180 baz çift uzunluğunda DNA içeren homeobox genleri olarak adlandırılır. Homeobox dizisi bitkilerde, hayvanlarda ve mantarlarda yüksek oranda korunur. Korunan genler, farklı soy türlerinin evrimi boyunca değişmeden kalan genlerdir.
Homeobox ailesindeki genler, gelişim sırasında çok çeşitli kritik faaliyetlerde bulunur. Bu aktiviteler, anterior – posterior eksende (hayvanların başından kuyruklarına doğru uzanan çizgi) ekstremite ve organların oluşumunun yönlendirilmesini ve hücrelerin belirli fonksiyonların (farklılaşma) gerçekleştirilmesi için olgunlaştığı süreci düzenlenmesini içerir.
HOX Genleri Nedir?
Homeobox genlerinin bir alt kümesi, yalnızca hayvanlarda bulunan Hox genleridir. Hox genleri çeşitli türler arasında yapı ve işlev bakımından benzerlik göstermeleri nedeniyle, türler arasında korunmuş genler olarak kabul edilmektedir. İlk defa Drosophila da keşfedilen HOX genleri, gen kümeleri şeklinde farklı kromozomlarda bulunurlar. Memelilerde bulunan 4 farklı HOX gen kümesi ve içerdikleri 39 gen, memeli vücutlarının anteroposteriyor eksen gelişiminde görevli genlerin ekspresyonlarını düzenleyerek, vücut planlarının oluşumunda önemli role sahiptir.
Her HOX kümesinin ilk 4 geni, merkezi sinir sisteminin beyin bölgesinin gelişiminde etkili iken, 4-13 arasındakiler omurilik gelişiminde görev yapar. Aslında omurgalılarda beynin topografyası incelendiğinde beynin bölmelerinin ilkel mimarisinde bir benzerlik olduğu; organizasyon düzeyi arttıkça belirli kısımlarının gereksinmeye göre değiştiği ve geliştiği görülür. Böyle bir ortak yapının oluşmasında Hox genleri etkilidir. Yani canlıların ortak mimarisini saptayan genlerdir.
Uzuvları Oluşturan Genler
HoxA genleri, uzuv gelişimi sırasında öne çıkan, öncelikle gen ekspresyonunu ve dolayısıyla morfogenez ve iskeletin farklılaşmasını düzenleyen önemli DNA bağlayıcı transkripsiyon faktörlerini kodlar. Bu genler içinde HoxA11 ve HoxA13 balık yüzgeçlerinden dört ayaklı uzuvlara evrimsel geçiş aşamasında önemli bir rol oynadığı görülür.
Gerçekten de, karşılaştırmalı gen ekspresyon analizleri, düzenlemelerindeki değişikliklerin omurgalıların uzantılarının çeşitlendirilmesi için gerekli olabileceği fikrine yol açtı. Bu genlerin düzenlenmesinde ve işlevinde, uzantı evrimini artırmış olabilecek üç potansiyel değişik vardır: (1) HoxA11 ve HoxA13 proteinlerindeki polialanin tekrarlarının genişlemesi; (2) HoxA11 üzerinde olası bir inhibitör fonksiyona sahip yeni bir uzun kodlamayan RNA’nın kaynağı; (3) 5′ HoxA’yı modüle eden cis düzenleyici elemanların edinilmesi transkripsiyonu.
Civcivlerde erken ekstremite mezenşiminin başlangıçta proksimal ve distal sinyallerin bir kombinasyonuna maruz bırakılarak tüm uzuv segmentlerini oluşturabilen bir durumda tutulduğu gösterilmiştir. Uzuv tomurcuğu büyüdükçe, proksimal uzuv, yandan türetilmiş sinyal(ler)e sürekli maruz kalma yoluyla kurulurken, medial ve distal segmentleri belirleyen gelişimsel program, proksimal etkinin ötesinde büyüyen alanlarda başlatılır.
Uzuv Gelişimini Kontrol Eden Sinyaller Arası Etkileşimler
Omurgalıların uzuvları, üç belirgin asimetri ekseni gösterir. Bu üç eksen, proksimal-distal (omuz-parmak uçları), ön-arka (başparmaktan küçük parmağa) ve dorsal-ventral (elin avuç içi-dışı) olarak adlandırılır. Bu sinyaller tek başına çalışmaz, bunun yerine etkinlikleri, çeşitli uzuv unsurlarının bu üç eksene göre ordineli olarak oluşturulacağı şekilde bütünleşmiş biçimdedir. Bu inceleme, uzvun üç ana ekseni boyunca modelleme bilgilerini oluşturmaya ve koordine etmeye hizmet eden moleküler sinyaller arasındaki karmaşık karışıklığa genel bir bakış sağlayacaktır.
Yazı başında da bahsettiğim gibi ağır bir dil olmuş olabilir :)) Bu araştırmalar ve deneyler dinamik olarak tekrar ediliyor ve yeni bulgular bulunuyor. Biyoteknolojinin ilerlemesiyle birlikte Gen kavramımız daha da değişecektir. İleride sadece uzuvları yenilemekle kalmayacak, sinir sistemi hastalıklarını da genleri tekrardan aktif hale getirerek sonsuza kadar yenileyeceğiz. Tabi biraz pahalı olacaktır…
Yorumlarda fikirlerinizi bizlerle paylaşmayı unutmayın. Benzer içerikler için Moletik okumaya devam edin.
İlk yayınlanma: 18 Aralık 2022
Güncellenme: 8 Eylül 2023
Kaynak
Arda M. (2020) Temel Mikrobiyoloji 1 / Genler ve Fonksiyonları – Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi
Bağış H. (2012) Homeobox Genleri Nelerdir – Adıyaman Üniversitesi Tıp Fakültesi Üreme Genetiği ve Tıbbi Genetik.
Özgür H. (2011) Moebıus Sendromlu Olgularda Hoxa1, Hoxa2, Hoxb1 Ve Hoxb2 Gen İlişkisinin DNA Dizileme Yöntemi İle İncelenmesi – İstanbul Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi.
Demirsoy A. (2019) Bellek Oluşumu ve Bilgi Edinimi – Hacettepe Üniversitesi Fen Fakültesi Biyoloji Bölümü
Beviano V., Castro J.L., Rodrigues PN., Freitas R (2016) HoxA Genes and the Fin-to-Limb Transition in Vertebrates
Cooper L.K., Kuang J., Berge D.T., Fernandez M., Ros M.A., Tabin C. (2011) Initiation of Proximal-Distal Patterning in the Vertebrate Limb by Signals and Growth
