Hücre bölünmesi sırasında yoğunlaşan kromozomun nasıl oluştuğunu anlamak için görüntüleme, modelleme ve genomik tekniklerin bir kombinasyonu kullanılarak bir araştırma gerçekleştirildi. Çalışma Dekker , Massachusetts Institute of Technology’de (MIT) biyofizikçi Leonid Mirny ve İskoçya’daki Edinburgh Üniversitesi’nde biyolog olan William Earnshaw ile birlikte gerçekleştirildi. Araştırmacılar proteinlerin DNA ilmeklerini nasıl tutup, hücre bölünmesi için bocaladığını araştırdı. Keşif ayrıca gen ifadesini düzenlemek için genomun nasıl katlandığı konusunda da ipucu veriyor.
Araştırmacılar, kromozomların değişimini izlemek için mikroskopla dakika dakika veri toplamanın yanı sıra,Hi-C(genomdaki dizilim çiftlerinin ne sıklıkta birbirleriyle etkileştiklerinin haritasını sunar) adı verilen bir teknoloji kullandı. Daha sonra, verilere uyacak çok gelişmiş bilgisayar simülasyonları ürettiler; böylece kromozomların yoğunlaşırken izlediği üç boyutlu yolu hesaplayabildiler. Kurdukları model,kondensin IIadı verilen, bağlantılı iki motordan oluşan halka şeklinde bir protein molekülünün, mitoza hazırlık aşamasında DNA üzerinde iniş yaptığını belirledi. Motorlar birbirlerine bağlı kalarak, iplik boyunca ters yönlerde ilerliyordu. Böylece bir ilmek oluşturuyorlardı ve motorlar ilerlemeyi sürdürdükçe ilmek giderek büyüyordu. Bu protein moleküllerinden on binlercesi işlerini yaptıkça, bir dizi ilmek beliriyordu. Her bir ilmeğin altında konumlanan halka benzeri proteinler, ilmeklerin çıktığı merkezcil bir iskele yaratıyor ve kromozomun bütünü daha kısa ve sert duruma geliyordu.
“Kalıtımın Özelliği Büyük Bilmece”
Bir insan hücresi, çekirdeğinde iki metre uzunluğunda sarmallaşmış DNA taşır. Bu DNA, 46 tane ince, çift helisli moleküle yani kromozomlara bölünmüş durumdadır. Zamanın büyük bölümünde bu DNA dolaşmış bir yün yumağına benzer; yayılmış, dağılmış, düzensiz… Ama bu dağınıklık, hücrelerin genetik malzemelerinin kopyasını yapıp ikiye bölünmelerinin gerektiği mitoz sırasında sorun anlamına gelir. Hazırlık aşamasında, DNA sıkı paketlenmiş, sosis benzeri çubuklar şekline yani kromozomların en bilinen biçimine getirilerek, hücre toparlanır. Bilimciler bu süreci onlarca yıl boyu mikroskopla izledi: DNA yoğunlaşıyor ve giderek kısalıp genişleyen ayrık birimler hâlinde organize oluyor. Ama genomun bu yapının içinde nasıl katlanıyor olduğu (belli ki büzüşmekten ibaret değil) gizemini koruyordu. Massachusetts Tıp Okulu’ndan biyokimyacı Job Dekker, bunun genetiğin merkezinde olduğunu, kalıtımın bu temel özelliğinin öteden beri büyük bir bilmece olduğunu vurguluyor.
Kromozomların daha sonra, verilere uyacak şekilde çok gelişmiş bilgisayar simülasyonları ürettildi. Böylece kromozomların yoğuşurken izlediği üç boyutlu yolu hesaplayabildiler.
15 dakika kadar sonra, bu ilmekler oluşurken, Hi-C verileri araştırmacıları daha da şaşırtan bir şey gösterdi. Tipik olarak, DNA ipliği üzerinde birbirlerine yakın konumda bulunan dizilimlerin etkileşme olasılığı daha fazla iken, uzak olanlar için bu olasılık daha azdır. Ama ekibin ölçümleri, dizilimler arası uzaklık iyice arttığında,etkileşme olasılıklarının yine yükseldiğini gösteriyordu. Mirny, verileri ilk incelediğinde; böyle bir şeyi daha önce hiç görmediklerini fark ettiklerini anlatıyor. Kurdukları model, kondensin II moleküllerinin, tıpkı Fransa’daki Chambord Kalesi’nde bulunan ünlü Leonardo merdiveni gibi helisel bir omurga oluşturduklarına işaret ediyordu. İç içe yerleştirilmiş DNA ilmekleri, bu sarmallaşan omurgadan tıpkı basamaklar gibi çıkıyor ve kromozomu karakterize eden silindirik konfigürasyon biçiminde sıkıca paketleniyorlardı. Mirny, “Böylece bu tek süreç, anında üç problemi birden çözüyor. Bir omurga oluşturuyor, kromozomu çizgisel (lineer) biçimde düzenliyor ve onun ince uzun bir nesne hâlini almasını sağlayacak şekilde sıkıştırıyor ”.
Araştırmacılar bu biyokimyayı bütünüyle ortaya koyduğunda ve kromozomların kendini nasıl çözdüğüne ilişkin benzer çalışmalar yürütüldüğünde, Job Dekker ve Mirny, çalışmalarının çeşitli uygulamaları olabileceğini düşünüyor. Örneğin araştırma, potansiyel kanser tedavilerinde rol oynayabilir.
