Çekirdek Görsel Atlası

Ölçek çubuğu olmayan baskı

Kasımın son pazartesisi, güneşli ve ayaz. Bodrumun penceresinden yalnız park yerindeki bisikletlerin gölgeleri görünüyor. Meliha Hanım elektron mikroskobunun yanındaki ışıklı masaya iki haftanın baskılarını dizmiş: iki çizgili zarf kesiti, platinle gölgelenmiş kubbe, sekiz dişli çarkın ortalaması, boncuklu iplikler, üç dokulu nükleolus, üç kuyucuğun floresan görüntüsü, kırmızı ve yeşil öbekli lenfositler, köşegeninde kareler dizilen harita.

Barlas hepsini tek bir sayfaya yapıştırmak istiyor ve ilk denemede takılıyor. Her baskının köşesinde başka bir ölçek çubuğu var: birinde on mikrometre, birinde bir mikrometre, çarkın altında yüz nanometre. Haritanın köşesinde ise hiç yok; eksenlerinde yalnız megabaz yazıyor. "Bunun ölçek çubuğu nerede?" diye soruyor. Meliha Hanım haritayı öbürlerinden biraz ayırıyor. "Onun cetveli başka," diyor. "Önce öbürlerini sırala. Her biri bir öncekinin on kat yakını olsun."

Bu derste ne olacak

Çekirdeği on kat adımlarla dört pencereden çizecek, her pencerenin hangi yöntemle görüldüğünü eşleyeceğiz. Megabazın neden bu pencerelere girmediğini hesapla gösterip ikinci bir cetvel kuracağız. Sonra zarfın iki yönlü trafiğini tek tabloda toplayıp kendi atlas sayfanı çizeceksin.

Metin

Dört pencere

Barlas ölçeği sabit tutmuyor, pencereyi sabit tutuyor: her baskı kâğıtta on santimetrelik bir kareye girecek. Kare on mikrometreyi gösterirse büyütme on bin kattır, bir mikrometreyi gösterirse yüz bin, yüz nanometreyi gösterirse bir milyon, on nanometreyi gösterirse on milyon.

Tablodaki yapı boylarının hepsi bu modülde bulunmuştu. On mikrometrelik oval Barlas'ın ilk pazartesi ölçtüğü çekirdekti; 30 ile 50 nanometrelik boşluk Nükleer Zarf dersinden, porun dış çapı, deliği ve kanalı için bulunan üç değer ile mikrometrekaredeki 9,5 por Nükleer Por Kompleksi dersinden, on bir nanometrelik boncuk ile iki nanometrelik sarmal Kromatin Organizasyonu dersinden geliyor.

Merdivende bir düzen var. Her pencerenin merkezindeki yapı kareyi neredeyse tam dolduruyor, son iki pencerede biraz da taşıyor: 120 nanometrelik por yüz nanometrelik kareye, on bir nanometrelik nükleozom on nanometrelik kareye sığmıyor. Her karenin içine bir sonrakinin yerini gösteren bir santimetrelik küçük bir kare çizilebilir; ondan sonraki pencere o küçük karenin büyütülmüş hâlidir.

Üçüncü pencere iki haftanın küçük karşılaştırmalarını da bir araya getirir. Nükleolus dersinde granüler bileşenin tanelerine 15 ile 20, sitoplazmadaki ribozoma 25–30 nanometre demiştik; bu karede taneler bir buçuk ile iki, ribozom iki buçuk ile üç santimetredir. O pazartesi ekranda gözle seçilen fark, kâğıtta cetvelle ölçülebilecek kadar açılır. Aynı karede zarın dört milimetrelik çizgisi, dört santimetrelik kanalın onda biridir.

Işık sınırı da aynı merdivende izlenebilir. Hücrenin görsel haritasında bu sınırı 200 nanometre dolayında almıştık. İlk pencerede iki milimetrelik bir nokta, ikincide iki santimetre, üçüncüde yirmi santimetre, yani karenin iki katıdır. Floresanla çekilmiş hiçbir baskı üçüncü ve dördüncü pencereye giremez: por ışık sınırının 200 ÷ 120 ≈ 1,7'de biri, nükleozom 200 ÷ 11 ≈ 18'de biridir.

Megabaz neden merdivene girmiyor

Haritanın ekseni uzunluk değil, dizidir. Bir baz çiftini nanometreye çevirmenin tek güvenilir yolu ipi düz hayal etmektir. Kromozomların çekirdekteki yerleşimini işlediğimiz cuma bir megabazın düz hâlde 340 mikrometre, yani on mikrometrelik çekirdeğin otuz dört katı olduğunu bulmuştuk. Boncuklu ip hâlinde bile sığmaz: 10⁶ ÷ 200 = 5000 nükleozom eder, her biri on bir nanometre yer tutarsa dizi 5000 × 11 nm = 55 mikrometre uzar. Bu, Kromatin Organizasyonu dersindeki altı katlık ilk sıkıştırmayla uyuşur, 340 ÷ 6 ≈ 57, ve yine çekirdeğin beş buçuk katıdır.

Aynı megabazın çekirdek içinde katlanmış hâlde kaç mikrometre tuttuğu ise haritadan okunamaz. Hi-C iki parçanın ne sıklıkla birlikte yakalandığını söyler; aralarındaki uzaklığı söylemez. Uzaklığı ölçen yöntem floresanla yerinde melezlemedir, ama o da birkaç noktayı tek tek hücrelerde ölçer ve ışık sınırının altına inemez.

Barlas bu yüzden haritayı dört pencerenin altına ayrı bir yatay çizgi olarak koyuyor: bir santimetre bir megabaz. Bu cetvelde bir TAD bir santimetre, ortanca boyda bir LAD yarım santimetredir. Tek takım genom yaklaşık 3100 megabazdır; bu çizgide 3100 santimetre, yani otuz bir metre tutar. İki cetveli bağlayan tek köprü nükleozomdur: 200 baz çifti bir yanda, on bir nanometre öbür yanda.

Hangi yöntem neyi gösterdi

İki hafta boyunca çekirdeğe sekiz farklı yoldan bakıldı. Her yol bir soruyu cevapladı ve bir başkasını cevapsız bıraktı.

Satırlar iki aileye ayrılır. Elektron mikroskobu yapıyı gösterir ama adını söylemez; floresan adı söyler ama yapıyı bulanıklaştırır. İkisini aynı örnekte birleştiren bir yol da vardır. Wikipedia'nın korelatif ışık ve elektron mikroskobu maddesi floresanın ilgilenilen bölgeyi işaretlediğini, elektron mikroskobunun o bölgeye nanometre çözünürlüğünde baktığını yazar; de Boer ile arkadaşlarının 2015 derlemesi de floresan proteinle izlenen bir süreçten sonra aynı hücrenin elektron mikroskobuna alınabildiğini, böylece çevredeki yapının karanlıkta kalmadığını anlatır.

İki yönlü trafik

Barlas birinci pencerenin kenarına zarfın iki yönünü ekliyor. Bu satırların hiçbiri bir görüntüden okunmadı; hepsi Nükleolus ve Nükleer Taşınım derslerinde hesaplanmıştı.

İki yöndeki akış toplandığında 5000 + 125 = 5125 eder; 5125 ÷ 3.000.000 ≈ 0,0017. Ribozom trafiği porların kapasitesinin binde ikisine bile varmaz. Pencerede bu oklar çizilebilir, ama bir fotoğrafta görülemez: altın taneli kesit yalnız yükün kanalda nerede durduğunu, bir anlık kare olarak göstermişti.

Donmuş sayfa

Atlas bir andır. Nükleolus dersindeki FRAP ölçümünde nükleofosmin, ışığı söndürülmüş bölgeyi bir dakika kadar içinde yeniden doldurmuştu; sayfadaki üç halkalı çizim, içindeki moleküllerin sürekli değiştiği bir damladır. Döngüler de öyledir. Bir megabazlık döngünün 8 ile 33 dakikada kurulduğunu ve günde bir bölünme varsayımıyla onlarca kez çözülüp yeniden çekilebildiğini bulmuştuk. Kâğıttaki tek ilmek, sürekli kurulup bozulan bir sürecin tek karesidir.

Ortalamanın bedeli de sayfaya işler. Kriyo-ET çarkının ortası bulanıktı, çünkü düzensiz FG iplikleri yüzlerce porun ortalamasında siliniyordu. Hi-C haritasındaki kareler ise tek tek hücrelerde başka yerlere düşen sınırların toplamıydı. Atlastaki keskin bir kenar gerçek bir kenar da olabilir, birçok bulanık kenarın ortalaması da; hangisi olduğunu yalnız yöntemin sütunu söyler. Renk için aynı uyarıyı hücre iskeleti görsel laboratuvarında yapmıştık: kırmızı kromozom ile yeşil kromozom, boyayı seçen kişinin kararıdır.

Senin atlas sayfan

Bir A4 kâğıdını dik tut ve şu yapıyı kur:

• Sayfanın üst yarısına dört tane on santimetrelik kare sığmaz; kareleri beşer santimetre çiz ve tablodaki kâğıt boylarını ikiye böl. Birinci karenin altına "10 µm", sonrakilere "1 µm", "100 nm", "10 nm" yaz.
• Birinci karede çekirdeği kareyi dolduran bir oval yap, kenarına çift çizgi çek. Işık sınırını bir milimetrelik bir noktayla işaretle.
• İkinci karede on küçük halka yerleştir; her birinin çapı altı milimetre olsun.
• Üçüncü karede porun yalnız bir kısmını çiz, kenarları kareden taşsın; ortasına iki santimetrelik bir kanal bırak ve içini karalamayla doldur.
• Dördüncü karede tek bir diskin çevresine bir buçuk turdan biraz fazla sarılan bir çizgi çiz.
• Kâğıdın altına on beş santimetrelik yatay bir çizgi çek ve her santimetreye bir megabaz yaz. Üstüne on beş kısa kare koy; birkaç karenin köşesine bir nokta ekle.

Sonra her karenin altına, o yapıyı hangi yöntemin gösterdiğini tablodan kopyala. Alttaki çizginin altına ise yalnız "temas sıklığı" yaz; o çizgide hiçbir şeyin mikrometre cinsinden boyu yoktur.

Işıklı masada son baskı

Öğleden sonra dörde doğru Barlas sayfayı bitiriyor: yukarıda dört pencere, aralarında bir santimetrelik küçük karelerle birbirine bağlı; aşağıda kareli, noktalı, otuz bir metrelik bir genomun on beş santimetrelik parçası. Kenara iki kelime yazıyor: "nanometre, megabaz."

Meliha Hanım ilk pazartesinin kesitini masaya geri koyuyor ve dış zarın kıvrılıp noktalı bir keseye dönüştüğü yeri gösteriyor. "Sayfadaki her şey çekirdeğin içinde kaldı," diyor. "Bu çizgi dışarı gidiyor." Barlas o ucu kâğıdın kenarına kadar uzatıp bırakıyor.

Kendini sına

1. Pencereyi on santimetrede sabit tutup iki yüz nanometreyi gösterirsen büyütme kaç kat olur? Por, perinükleer boşluk ve nükleozom kâğıtta kaç santimetre tutar?
2. Beş yüz kilobazlık bir DNA parçasının düz uzunluğunu ve boncuklu ip hâlindeki kaba uzunluğunu hesapla. İkisini altı mikrometrelik bir çekirdekle karşılaştır.
3. Bir makalede "Hi-C bu iki bölgenin 300 nanometre uzakta olduğunu gösterdi" yazıyor. Cümlenin hangi kısmı yöntemin söyleyemeyeceği bir şeyi söylüyor, bu uzaklık hangi yöntemle ölçülürdü?
4. Nükleolusun üç dokusunu hangi yöntem gösterdi, damla gibi birleşmesini hangisi? Bir tek yöntem ikisini birden neden gösteremez?
5. Porların kapasitesinin yalnız binde ikisini ribozom trafiği kullanıyorsa, atlastaki "iki yönlü ok" hangi soruyu cevapsız bırakır?

Bir sonraki derse köprü

Atlasın sayfa dışına taşan tek çizgisi dış nükleer zardı: Nükleer Zarf dersinde ribozomlarla bezeli olduğunu ve iç boşluğuyla birlikte ER'ye aktığını görmüştük, Veziküler Trafik dersinde de sinyal dizili bir zincirin ER kanalına götürüldüğünü. Granüllü Endoplazmik Retikulum dersi o zarın kendisine bakacak: ribozomlu zar neden üst üste yığılmış yassı yapraklar hâlinde durur, düz ER'nin borucuklarından nasıl ayrılır ve bir salgı hücresi bu zar yüzeyini neden bu kadar genişletir?