Çekirdek İçinde Kromozomların Yerleşimi nasıldır?

Kromozom Bölgeleri: Çekirdek İçinde Kromozomların Yerleşimi. Çekirdek İçinde Kromozomların Yerleşimi nasıldır?

Kromozomlar bir çekirdeğin belirli alanlarını işgal eder ve bu kısımlara "kromozom bölgeleri" denir. Buralar, malzemeleri düzenli tutmaktan çok daha fazlasını yapıyor olabilir.

Çoğu insan “kromozom” sözcüğünü duyduğunda, gözünde canlanan resim büyük olasılıkla çubuğa benzeyen, derlitoplu DNA külçeleri oluyordur. Hücre bölünmesi süreci sırasında yoğunlaşmış ve uzamış yapılar olarak görünseler de, kromozomlar hücrenin ömrünün büyük bölümünde hiç de öyle görünmezler (fig.1). Aslında bazı hücre tipleri, örneğin nöronlar, hiç hücre bölünmesi geçirmez ve dolayısıyla kromozomları hiçbir zaman yoğunlaşmış bir duruma gelmez. Öyleyse, hücre bölünmesi dışındaki zamanlarda, kromozomlar çekirdekte nasıl görünür? Bu basit bir soruya benzemesine rağmen, yanıtı sadece son 20 yılda (2008 itibariyle) açığa çıkmaya başladı ve elde edilen bulgulardan çıkan sonuçlar, hem çok ilginç hem de genom hücre biyolojisi alanında süren çalımaların çoğunun kapsamına giriyor.

Teknik Açıdan Zorlayıcı Bir Problem: Kromozomların Nasıl Düzenlendiğini Belirlemek

Hücresel çekirdeğin içinde kromozomların nasıl organize olduğunu belirlemek, onlarca yıldır bilimciler için teknik açıdan zorlayıcı bir sorundu. Mikroskopla çekirdeğin içine bakıp, kromozomların nasıl düzenlendiğini görmenin olanaklı olduğunu düşünenler olabilir. Gerçekten de, 1960’larda ve 70’lerde hem elektron mikroskopları hem de ışık mikroskopları kullanılan çeşitli yaklaşımlarla, hücreler mitozdan interfaza geçerken kromozomların dramatik yapısal değişimler geçirdiği ve bu yapıların, hücre bölünmelerinin arasında kalan dönemlerde yoğunlaşmamış yapılar şeklinde oldukları anlaşılmıştı. Bununla birlikte, mitoz geçirmekte olmayan hücrelerin çekirdeğinin içinde kromozomların nasıl organize olduklarını, mikroskobi açığa çıkarmamıştı. İşin aslın şu ki, hücre bölünmeleri arasındaki periyotta, ışık veya elektron mikroskobu yoluyla kromozomları ayrı ayrı tanımak mümkün değildir. Yani bu yöntemlerle, bölünmekte olmayan hücredeki bir kromozomu komşusundan ayırt etmek olanaksızdır.

Kromozom Organizasyonu Modelleri

Doğrudan gözlemsel kanıtın yokluğuna karşın, bölünmeyen hücrelerin çekirdeklerinde kromozomların muhtemel organizasyonu için erken dönemdeki araştırmacılar iki model önerdi. İlk model “kromozom bölgesi modeli” olarak bilinir ve ilk olarak 1885 yılında Carl Rabl tarafından ortaya atılmıştır. Bu modele göre, her bir kromozomun DNA’sı çekirdeğin belirli bir hacmini işgal eder ve sadece yan komşularıyla örtüşme yapar (fig.2Ab). Bunun tersine, ikinci “spagetti modeli“ne göre, çok sayıda kromozomun DNA iplikleri, büyük ölçüde rastgele bir şekilde çekirdekte kıvrılarak dolanır ve dolayısıyla kromozomlar birbirleriyle karışıp dolaşmış vaziyettedir (fig.2Be).

Modellerin Sınanması

Bu iki model arasında ayrım yapmayı sağlayan kilit deney, en sonunda 1980’li yıllarda Alman hücre biyoloğu Thomas Cremer ile onun fizikçi kardeşi Christoph Cremer tarafından yapıldı. Cremer’lar bu iki modelin çok farklı öngörüleri olduğunu ve bu sayede, eğer çekirdeğin bir kısmındaki kromozom bölgelerini işaretlemek bir şekilde mümkün olsa ve o bölgelerin durumu hücre bölünmesi sırasında takip edilebilse, modellerin birbirlerinden ayırt edilebileceklerini fark etmişti. Özellikle belirtmek gerekirse, Cremer’lar şu düşüncedeydi: Eğer kromozomlar çekirdekte sadece sınırlı bir hacmi işgal eden bölgelerde bulunuyorsa, belirli bir hacmi işaretlemek, sadece birkaç tane yan komşu kromozomu etkileyecekti (fig.2Aa). Öte yandan, eğer spagetti modeli doğruysa, küçük bir hacmin işaretlenmesi, çok sayıda kromozomu etkileyecekti çünkü bir sürü farklı kromozomun iplikleri işaretlenen hacimden geçiyor olacaktı (fig.2Bd).

Kesin sonuca ulaştıracak olan bu deneyi gerçekleştirmek için Christoph Cremer ile ekibi bir lazer geliştirdi; bu lazer, bir hücrenin çekirdeğinin küçük bir bölümüne ışık tutacak kadar dar şekilde odaklanabiliyordu. Lazer ışığı, aydınlatılan bölgelerde DNA hasarı tetikleyecek bir dalgaboyundaydı. Cremer’lar ardından, radyoaktif olarak etiketlenmiş nükleotitler sağlayarak, hücrelerin hasarlı DNA’yı onarma becerilerinden yararlandı; onarım sırasında hücre bu etiketlenmiş nükleotitleri DNA’sına kattı. Daha sonra, hücre bir sonraki mitoza girdiğinde ve kromozomları yoğunlaşmış bir görünüme büründüğünde, işaretlenmiş bölgeler radyografiyle analiz edildi.

Sonuçlar açıkça ortadaydı. Cremer kardeşler, hücre başına sadece birkaç kromozomun hasar almış olduğunu buldu. Bu sonuç, kromozom bölgesi modelini güçlü bir şekilde destekliyordu. Kromozom bölgelerinin varlığı, bundan birkaç yıl sonra florasan in situ hibritleştirme (FISH) tekniğinin geliştirilmesiyle, etkileyici biçimde doğrulandı. FISH tekniğinde, belirli bir kromozoma bütünleyici olan florasanla etiketlenmiş problar, el değmemiş çekirdek içindeki belirli bir kromozomu görselleştirmek için kullanılır. Bu deneyler, kromozomların bölgesel yapılarının doğrudan görselleştirilmesine olanak sağladı.

Kromozom Bölgelerinin Düzenlenişi ve Değişikliği

Her bir kromozomun, çekirdeğin ayrı bir bölgesini işgal ettiği gerçeği, temel bir soruyu gündeme getirir: Kromozom bölgeleri çekirdekte rastgele mi düzenlenmiştir, yoksa organizasyon şablonları mı vardır? Yapılan iki deney, kromozomların çekirdek içinde rastgele yerelleşmediklerini göstermiştir. İlk olarak, araştırmacılar belli bir kromozomun hücre çekirdeğinin merkezine olan uzaklığını ölçtüklerinde, bazı kromozomların çeperlere doğru yerelleşip sıklıkla çekirdeksel zara dokunduklarını, diğerlerininse çekirdek merkezine doğru konumlandıklarını saptamışlardır.

BİLİMFİLİ