Retrovirüsler milyonlarca yıldır canlılığın başına akıl almaz korkunçlukta dertler açmakta. Ancak bu, mutlu tesadüflerin yaşanmasına engel değildir. Yolunu kaybetmiş bir retrovirüsün, yavru canlıları kayıracak özellikleri nasıl beraberinde getirebildiğini hadi birlikte inceleyelim.
Retrovirüsler, DNA ile alakalı cevaplandırılamamış birçok sorunun çözümünü bünyelerinde barındırıyor olabilir.
RETROVİRÜSLER NEDİR?
Retrovirüsler, kalıtım malzemesi olarak RNA’yı kullanan bir virüs çeşididir. Konak olarak belirledikleri hücreye girmeleri halinde kendi RNA’larını zaman kaybetmeksizin DNA’ya çevirirler. Canlı sistemlerde alışık olduğumuz durumun tersi bir durumdur bu, zira canlılar RNA üretiminde DNA’ya ihtiyaç duyar.
Oluşturdukları DNA’yı konak genomuna adeta iliştiren retrovirüsler, döngülerinin devamında hücrenin bir parçası gibi davranır. Hücre -her şeyden habersiz bir şekilde- işgalci DNA’yı önce transkribe eder, sonrasında ise virüs için gerekli proteinleri kendi ribozomlarında sentezler.
Hücre kendi ölüm fermanını kendi imzalar. Yeterli sayıya ulaşan retrovirüsler, hücreyi patlatarak yeni kurban arayışına çıkar. Tahmin edilebileceği üzere ortamdaki tüm hücreler için çoğu durumda ölümcüldür bu. HIV virüsü, retrovirüslere verilebilecek belki de en iyi örnektir.
Peki bu denli ölümcül olan retrovirüsler, nasıl oluyor da canlıların hayatta kalmasına katkı sağlayabiliyor?
MUTLU TESADÜFLER
Arc; mutasyona uğraması durumunda şizofreni ve otizme neden olabilen, memelilerde uzun süreli hafıza depolanmasından sorumlu son derece önemli bir gendir. Hücreler arası taşınabilen veziküllerin oluşturulmasında görev alan bu gen, hücre giriş çıkışı zor olan membran proteinlerinin ve genetik materyallerin taşınmasını önemli derecede kolaylaştırır.
Yakın bir zamana kadar Arc geni ile ilgili bildiklerimiz oldukça yüzeyseldi. 2018’de yapılan bir çalışma, bu durumu tersine çevirdi. Jason D. Shepherd’ın önderlik ettiği çalışmada araştırmacılar Arc proteinlerini ayrıştırırken oldukça tuhaf bir durumla karşılaştılar. Proteinin eldesi için yapılan işlem esnasında ortamda virüs kapsitlerine benzeyen yapılar fark edildi. Durumun absürtlüğünden olsa gerek, araştırmacılar deneyi farklı bakterilerle tekrar etti, ama sonuç aynıydı. Devam eden araştırmalar, söz konusu veziküllerin RNA’yı virüslerle aynı şekilde taşıdığını ortaya koydu.
Arc geninin, antik bir virüs ailesiyle uyuşan dizilere sahip olduğu günümüzde biliniyor. Gen aynı zamanda Ty3/gypsy retropozon ailesine ait olduğu düşünülen viral Gag poliproteinleriyle yüksek benzerlik gösteren bölümlere sahip.
(Görsel 2 kaynak: https://unews.utah.edu/surprise-a-virus-like-protein-is-important-for-cognition-and-memory/)
Arc geni, tahminlere göre 397 milyon yıl önce amfibiler balıklardan ayrılırken canlı DNA’larına yerleşti. Bu noktada sorulması gereken soru ‘’Nasıl?’’ olacaktır. Bir virüs, genomun kalıcı bir parçası haline nasıl geldi? Nasıl oldu da bu virüs, bizlerin ihtiyaç duyduğu, yokluğunda hastalanacağımız bir parçamıza dönüştü?
RETROVİRÜSLER NASIL GENOMUN KALICI BİR PARÇASI HALİNE GELİR?
Virüsler, gelişigüzel bir şekilde hücrelere yerleşmez. Her virüsün konak olarak kullandığı hedef hücre grupları bulunur. Hücre zarında bulunan reseptörler, virüslerin temel yol göstericileridir. Retrovirüs, reseptörleri tanıyorsa hücreye giriş yapar ve döngüyü başlatır.
Bir virüsün yavru bireyin bütün hücrelerine yerleşmesi, kalıcılığın ilk adımıdır. Koşulun sağlanması, yavru bireyi oluşturacak olan yumurta veya spermin retrovirüs tarafından konak olarak kullanılması sonucu gerçekleşir. 2 hücrenin kaynaşmasıyla oluşacak zigot, miras olarak aldığı retrovirüs DNA’sını bölünerek vücudunun tamamına kendi kendine yayar. Virüs için bu durum girmediği bir savaşı kazanmak gibidir.
Cinsel yolla bulaşan ve sperm-yumurta hücrelerini hedef alan retrovirüsler genomun parçası haline gelmiş virüslerin ezici bir çoğunluğunu oluşturur. Ender görülen bazı durumlarda ise virüsler adeta yollarını kaybeder ve reseptör benzerliğinden kaynaklanan bir hata sonucu sperm veya yumurtaya yerleşir.
Virüs enkazının popülasyona dağılması, virüsün konak canlıyı öldürmemesine bağlıdır. Çoğu enkaz, nesiller geçtikçe mutasyona uğrar ve tamamen işlevsiz hale gelir. Bazıları Arc geninde yaşandığı gibi canlıya büyük avantajlar kazandırırken, bazıları ise canlı yaşamı için olmazsa olmaz hale gelmiştir (Primatların üremesi için elzem olan Syncytin proteini gibi).
RETROVİRÜS ENKAZLARININ SAYISI NE KADARDIR?
Retrovirüs DNA’sı içeren bir yumurtanın döllenip yavru birey oluşturması; canlının üreyemeden virüs tarafından yüksek ihtimalle öldürülecek oluşu, üremedeki verimsizlikler, olayın yaşanma sıklığı gibi nedenlerden dolayı oldukça düşüktür. Sperm hücrelerinin sayısı bu durumun olasılığını daha da düşürür. Ancak bu etmenler, milyonlarca senelik evrim süreci boyunca virüslerin birçok kez genomumuza sızmasına engel olamamıştır.
İnsanlar, sürüngenlerle bile ortak virüs enkazlarına sahiptir. Üstelik toplam sayı hiç de azımsanacak düzeyde değildir! Yapılan araştırmalar, retrovirüslerin DNA’mızın %8’ini oluşturduğunu ortaya koydu. Her gün yanımızda hücre başına 100.000’den fazla canlı enkazı taşıdığımızı düşünmek ilginç olduğu kadar korkutucu da.
GÖRDÜĞÜMÜZ RENKLERİ VİRÜSLERE BORÇLUYUZ!
Nöronlarımız veya plasenta, herkesin hemfikir olacağı üzere çok önemli yapılar olmalarına rağmen bazen yokluklarını tasavvur etmek zor olabiliyor. Bu açıdan hepimizin kolaylıkla canlandırabileceği bir örnekle yazıyı sonlandıracağız: Koni hücreleri, canlıların renkleri algılamaktan sorumlu en küçük birimleridir. 30 milyon yıl öncesine kadar atalarımızda, 2 koni proteinini(opsinler) regüle eden 2 farklı gen bulunmaktaydı. Retrovirüs tarafından konak belirlenmiş bir üreme hücresinde yaşanan mutlu bir tesadüf, bugün bizlerin birçok rengi algılamamıza olanak sağladı.
Bir retrovirüsün kromozom üzerinde başıboş dolaşmasının ürünü olan Alu elemanı, Opsin geninin hemen yanına yerleşti. Kendini kopyalayıp DNA’nın farklı yerlerine serpiştirmesiyle ünlü olan Alu elemanı, beklenildiği üzere kendini kopyaladı ancak bu süreçte Opsin genini de yanında taşıdı. Başlangıçta birbirinin kopyası olarak farklı kromozomlara yerleşen 2 Opsin geni zamanla mutasyona uğradı ve birbirinden farklı işlevler gören 2 farklı gen haline geldi. Gen ikilenmesine verilebilecek iyi bir örnek olan bu durum, atalarımızın yoğun meyve diyetleri sayesinde avantaj kazandı ve zamanla tüm popülasyonun dünyayı daha renkli görmesine olanak sağladı.
(Görsel 3 kaynak: https://www.globalfoodconsumers.org/news/fresh-fruit-consumption/)
KAYNAKÇA
- Retrovirus. (n.d.). Genome.gov. https://www.genome.gov/genetics-glossary/Retrovirus
- Pastuzyn, E. D., Day, C. E., Kearns, R. B., Kyrke-Smith, M., Taibi, A., McCormick, J., Yoder, N., Belnap, D. M., Erlendsson, S., Morado, D. R., Briggs, J., Feschotte, C., & Shepherd, J. D. (2018b). The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer. Cell, 172(1–2), 275-288.e18. https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.024
- C&Amp;EN, B. P. S. T. (2023, March 25). Smuggled genes. Chemical & Engineering News. https://cen.acs.org/biological-chemistry/biochemistry/Prehistoric-viruses-smuggled-genes-DNA/100/i15
- Ashley, J., Cordy, B., Lucia, D., Fradkin, L. G., Budnik, V., & Thomson, T. (2018). Retrovirus-like Gag Protein Arc1 Binds RNA and Traffics across Synaptic Boutons. Cell, 172(1–2), 262-274.e11. https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.022
- Lents, N. H. (2019). İnsanın Kusurları, İşe Yaramaz Kemiklerden Bozuk Genlere, Arızalarımıza Genel Bir Bakış. Metis Bilim
Yazar: Revan KİŞİBEYOV / Yıldız Teknik Üniversitesi – Moleküler Biyoloji ve Genetik
Merhaba, ben Revan. Yıldız Teknik Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik bölümünde okuyorum. Yeni yerler keşfetmek, rapor yazmak ve yemek yemek üzerine düştüğüm aktivitelerdir. Aynı zamanda kitap okumaktan ve film izlemekten hoşlanıyorum.
Editör: Fatmanur ARSLAN / Yıldız Teknik Üniversitesi – Moleküler Biyoloji ve Genetik
Selam, ben Fatmanur. Yıldız Teknik Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik bölümünde okuyorum. Tembel hayvanlara ve bu eşsiz canlıların büyülü dünyalarına bayılırım. Yemek yemek ve gezmek hayatımda büyük yer kaplar. Ek olarak; birçok dans branşıyla ilgilenmekteyim.
Editör: Selin İLİK / Yıldız Teknik Üniversitesi – Biyomühendislik
Ben Selin. Yıldız Teknik Üniversitesi Biyomühendislik 2. sınıf öğrencisiyim. Doğada vakit geçirmekten ve etrafımdaki canlılığı incelemekten zevk alırım. Araştırdığım ve öğrendiğim bilgileri yazıya dökmeyi severim. İlham verici bir bilim insanı olmak için her zaman öğrenci olmayı umuyorum.