Sentromer ve Telomer

Kırmızı çiftler, yeşil uçlar

Cuma, haftanın son iş günü. Çatıdan eriyen kar pencerenin önüne damlıyor. Ruhsar Hanım perşembe öğleden sonra çarşambaki bağışçının fibroblastlarından iki kabı bölünmenin ortasında durdurmuş: hücreleri metafazda bekleten bir ilaç eklemiş, sonra onları şişiren bir tuz çözeltisinde patlatıp lamlara damlatmış. Aynı soydan gelen kapların biri on beş, öbürü elli beş nüfus ikilenmesi geçirmiş.

Lamlar iki renkle boyanmış. Kırmızıyı CENP-A'yı tanıyan bir antikor veriyor, yeşili ise TTAGGG tekrarına yapışan bir prob. Aybars genç kabın yaymasında saymaya başlıyor: kırk altı kromozom, her birinde dar bir bel ve belin iki yanında bitişik iki kırmızı nokta, dört ucunun her birinde birer yeşil nokta. Sayısını defterin kenarına yazıyor: doksan iki kırmızı, yüz seksen dört yeşil.

Yaşlı kabın yaymasında kırmızı çiftler aynı parlaklıkta. Yeşiller sönük. Bilgisayar bir yaymadaki bütün yeşil noktaların ortalama parlaklığını genç kabınkinin 0,62'si olarak veriyor; yüz seksen dört ucun altısında hiç yeşil seçilmiyor.

"Bel aynı kalmış, uçlar erimiş," diyor Aybars. Ruhsar Hanım lamı biraz kaydırıyor: "Bel her bölünmede aynı yere yeniden kuruluyor. Uçlarsa her kopyada biraz eksik çıkıyor. İkisinin nedeni başka."

İki uç bölge

Kromatin Organizasyonu dersinde yapısal heterokromatinin sentromerin dolayına ve kromozomların uçlarına yerleştiğini görmüştük; çarşamba da sessizliğin komşu nükleozomlara nasıl yürüdüğünü izledik. Bugün bu iki bölgenin kendisine bakıyoruz: bel nasıl kurulur ve yerini ne belirler, uçlar neden kısalır, onları kırıktan ayıran ne, kim uzatır?

Metin

Bel ve üstündeki yapı

Wikipedia'nın sentromer maddesi bu bölgeyi bölünmede kardeş kromatitleri birbirine bağlayan, kromozomu kısa kol (p) ve uzun kol (q) diye ikiye ayıran daralmış bölge olarak tarif eder. Fukagawa ile Earnshaw'ın 2014 derlemesi aynı daralmaya birincil boğum (primary constriction) adını verir.

İnsanda bu bölgenin DNA'sı alfa uydu DNA'sı (alpha satellite DNA) denen bir tekrardır. Derlemeye göre birimi 171 baz çiftlik bir monomerdir; monomerler daha büyük tekrar birimleri (higher-order repeat) hâlinde dizilir ve ardışık büyük birimler birbirinin neredeyse aynısıdır. Wikipedia'nın neosentromer maddesi de 171 baz çiftlik birimi verir. Dizinin boyu için derleme 0,3 ile 5 megabaz arası, madde 2 ile 4 megabaz arası bir aralık yazar; ikisi de megabaz ölçeğindedir. 3 megabazlık bir dizi 3.000.000 ÷ 171 ≈ 17.500 monomer eder; aralığın uçlarında bu sayı 1.750 ile 29.000 arasında oynar.

Bölünmede iğcik bu belden tutar, ama doğrudan DNA'dan değil. Wikipedia'nın sentromer maddesine göre sentromerin asıl işi kinetokora yer olmaktır. Mikrotübüller dersinde kopyalanmış kromozomları iki kutba çeken yapıya bölünme iğciği dendiğini görmüştük.

Lamdaki her kırmızı çiftin iki noktası da buradan gelir: her kardeş kromatit kendi kinetokorunu taşır. Wikipedia'nın kinetokor maddesi bağlanma yanlış kalırsa kromozom sayısının bozulabileceğini (aneuploidy) yazar; yavru hücrelerden birine fazla, öbürüne eksik kromozom düşer. Bağlanmanın ve denetimin nasıl işlediğini Mitoz dersi açacak.

Yeri dizi değil işaret belirler

Pazartesi CENP-A'yı kinetokorun üzerine kurulduğu H3 varyantı olarak tanımıştık. Asıl soru şu: alfa uydu dizisinin olduğu her yerde mi sentromer kurulur, yoksa CENP-A'nın oturduğu yerde mi?

Fukagawa ile Earnshaw iki gözlemi yan yana koyar. Bazı insan kromozomlarında iki alfa uydu dizisi bulunur, ama yalnız birinin üstünde kinetokor kurulur; öbür dizi sessizdir. Dizi tek başına yetmez. Ters yönden ise neosentromerler gelir: özgün sentromeri kopmuş ya da susmuş bir kromozom kolunun başka bir yerinde, alfa uydu taşımayan sıradan DNA üstünde kurulan çalışır sentromerler. Wikipedia'nın sentromer maddesi bunların bazılarının önceden ökromatik bir yerde ortaya çıktığını yazar; neosentromer maddesi her durumda CENP-A'nın bulunduğunu belirtir.

Sentromer maddesine göre yavru kromozomlar sentromeri dizilerinden bağımsız olarak ana kromozomdakiyle aynı yerde kurar. Çarşamba epigenetik bellek dediğimiz şeyin bir başka yüzüdür: yer bilgisi dizide değil, kromatinin üstündeki işarettedir. Aynı madde iki işlevli sentromeri olan bir kromozomun bölünmede koptuğunu da yazar; bu yüzden yeni bir sentromer ancak eskisi susunca tutunur.

Tekrarlar o hâlde neye yarar? Derlemeye göre kinetokor büyük birimlerin oluşturduğu çekirdeğe oturur, kenarlardaki düzensiz monomerler ise yoğun bir perisentromerik heterokromatine sarılır. Bu kuşak kinetokorla komşu ökromatin arasında bir sınır gibi durur ve kardeş kromatitleri bölünmeye dek bağlı tutan kohezini toplar; Wikipedia'nın sentromer maddesi de kohezinin toplanmasını bu heterokromatine bağlar. Çarşamba sinek gözünde white genini susturan da sineğin bu kuşağıydı. Yine de derleme alfa uydusuz neosentromerlerin heterokromatin olmadan da bölünmeyi sorunsuz yürüttüğünü not eder: kuşak yardımcıdır, şart değildir.

Uçlar neden eksik kalır

Antiparalellik dersinde bir zinciri hangi uçtan başlayarak yazdığımızı bir uzlaşı olarak koymuştuk. Kopyalayan enzim için bu bir uzlaşı değil, bir sınırdır. Hem OpenStax hem Wikipedia'nın telomer maddesi, DNA polimerazının nükleotidi yalnız var olan bir 3' ucuna eklediğini ve başlamak için kısa bir RNA öncülüne (primer) ihtiyaç duyduğunu yazar. Çatala göre aynı yönde ilerleyen zincir uca kadar kesintisiz yazılır. Öbür zincir kısa parçalar hâlinde, her parça kendi öncülüyle kurulur. Uca gelindiğinde son öncülün yeri DNA'yla doldurulamaz ve yeni zincirin 5' ucu kalıptan biraz kısa kalır. Polimerazları ve kısa parçaları DNA replikasyonu modülü işleyecek.

Fojtová ile arkadaşlarının 2025 ve Mason ile arkadaşlarının 2024 derlemelerine göre sorunu 1970'lerin başında Aleksey Olovnikov ile James Watson birbirinden bağımsız gördü. Wikipedia'ya ve Jafri ile arkadaşlarının 2016 derlemesine göre Olovnikov bir adım daha atarak her bölünmede kaybedilen uçların sonunda hücrenin bölünmesini durduracağını öne sürdü. Bu öneri bir gözleme yaslanıyordu: Leonard Hayflick 1961'de Wistar Enstitüsü'nde normal insan fetüs hücrelerinin kültürde 40 ile 60 kez bölünüp durduğunu göstermişti; Wikipedia'nın Hayflick sınırı maddesi ve Jafri ekibi aynı aralığı verir.

Kaybın boyu da ölçüldü. Srinivas ile arkadaşlarının 2020 derlemesi bölünme başına yaklaşık 50 ile 250 baz çiftlik bir kayıp yazar; Wikipedia'nın telomeraz maddesi de 50 ile 252 baz çifti yazar. Lamdaki kurguyu bu aralıkla sınayabiliriz. Yeşilin parlaklığı telomer uzunluğuyla orantılı olsun ve genç kabın telomerleri 10 kilobaz sayılsın. 0,62 oranı yaşlı kapta yaklaşık 6,2 kilobaz demektir; 3.800 baz çifti kırk ikilenmeye bölününce 3.800 ÷ 40 ≈ 95 baz çifti eder, aralığın içinde. Kurgu bir 5 kilobazlık kayıp eşiği için 5.000 ÷ 100 = 50 bölünme bulunur; kayıp 50 baz çifti olsa 100, 250 olsa 20 bölünme. Hayflick'in 40–60 aralığı bu hesapla aynı mertebededir. Parlaklık yine de uzunluğun kaba bir vekilidir. Bölünmeyi durduran yolun kendisi Replikatif Senesens dersinde işlenecek.

Ucu kırıktan ayıran şey

Wikipedia'nın telomer maddesi, OpenStax ve Turner ekibinin 2019 derlemesi omurgalılarda telomeri aynı altı bazlık tekrara bağlar: TTAGGG. Jafri ekibine göre insanda bu dizi doğumda 10 ile 15 kilobazdır, Srinivas ekibi de 10–15 kilobaz verir. 10.000 ÷ 6 ≈ 1.700, 15.000 ÷ 6 = 2.500 tekrar eder. Dizinin en ucunda tek zincirli, guaninden zengin bir 3' çıkıntı kalır; boyu kaynağa göre birkaç on ile birkaç yüz nükleotit arasında verilir.

Çıkıntı açıkta durmaz. Griffith ile arkadaşlarının 1999'da yayımlanan elektron mikroskobu çalışmasının özetine göre insan ve fare hücrelerinden arıtılan telomerik DNA büyük halkalar kurar: 3' çıkıntı geri kıvrılıp kendi çift zincirli tekrarının içine girer. Hu ile arkadaşlarının 2024 derlemesi bu T-döngüsünü (t-loop) aynı çalışmaya dayanarak anlatır. Halkayı ve ucu altı proteinden oluşan shelterin kompleksi taşır. Wikipedia ile Srinivas ekibine göre TRF1 ve TRF2 çift zincirli tekrara, POT1 tek zincirli çıkıntıya bağlanır.

Korumanın işi bir yanılgıyı önlemektir: Wikipedia'nın telomer maddesine göre onarım sistemleri kromozom ucunu çift zincir kırığı sanmaz. Griffith ekibinin özeti de tersini gösterir: TRF2 engellenince çıkıntı kaybolur, hasar yanıtı başlar ve kromozomlar uç uca kaynaşır.

Uçların çevresindeki kromatin sentromerinki kadar net değildir. Srinivas ekibi yüksek ökaryotlarda telomerlerin H3K9me3 ve HP1 taşıyan heterokromatin olduğunu, yakındaki genlerin bu yüzden susabildiğini yazar. Hu ekibi ise insan telomer tekrarlarında H3K9me3'ün zenginleşmediğini, etkin ve baskılayıcı işaretlerin bir arada bulunduğunu aktarır. Tartışma sürüyor.

Kim uzatır

Nobel kurumunun 2009 duyurusu, Wikipedia ve OpenStax o yılın fizyoloji veya tıp ödülünü Elizabeth Blackburn, Carol Greider ve Jack Szostak'a bağlar. Duyuruya göre Blackburn tek hücreli Tetrahymena'nın kromozom uçlarında tekrarlanan bir dizi bulmuş, Szostak'la birlikte bu dizinin mayaya konan doğrusal bir minikromozomu yıkımdan koruduğunu göstermişti. Greider 1984'te aynı canlının özütünde uçları uzatan bir etkinlik saptadı; ikilinin 1985 makalesinin özetine göre özüt sentetik telomer parçalarına TTGGGG tekrarları ekliyor, telomer dışı dizileri uzatmıyordu.

OpenStax'e göre telomeraz kendi içinde bir RNA kalıbı taşır ve bu kalıba tamamlayıcı nükleotitleri ucun 3' tarafına ekler; Mason ekibi protein bölümünü TERT, RNA bölümünü TERC diye adlandırır. Uzayan uç, karşı zincirin doldurulmasına yer açar. OpenStax ile Garcia, Wright ve Shay'in 2007 derlemesi enzimin eşey hücrelerinde ve kök hücrelerde etkin, fibroblast gibi çoğu somatik hücrede ise zayıf ya da yok olduğunu yazar. Srinivas ve Turner ekiplerine göre kanser hücrelerinin büyük çoğunluğunda telomeraz yeniden etkindir. Enzimin kalıbı nasıl okuyup tekrarı nasıl kaydırdığını Telomeraz dersi açacak.

Lamlar kutuya dönerken

Aybars üç satırı defterin yeni sayfasına yazıyor: "46 × 2 = 92 kırmızı, 46 × 4 = 184 yeşil", "10.000 ÷ 6 ≈ 1.700 TTAGGG", "3.800 ÷ 40 ≈ 95 baz çifti". Altına bir kromozom çiziyor; belini kırmızı, uçlarını yeşil boyuyor.

Ruhsar Hanım iki lamı kutuya yerleştirirken haftanın tezgâhına bakıyor: soğan DNA'sının tüpü, kâğıt şeritler, makara, sinek gözü fotoğrafı. "Pazartesi hepsini aynı duvara asacağız," diyor. "En küçüğünden en büyüğüne."

Kendini sına

1. Bir insan telomeri 12 kilobaz olsaydı kaç TTAGGG tekrarı taşırdı?
2. Kurguda yaşlı kabın parlaklık oranı 0,5, genç kabın telomeri 12 kilobaz ve aradaki fark otuz ikilenme olsaydı ikilenme başına kayıp ne olurdu? Kaynaklardaki aralığın içinde mi kalır?
3. Alfa uydu dizisi yerinde duran ama CENP-A taşımayan bir bölgede kinetokor bekler miydin? Neosentromerleri de kullan.
4. Çoğu bakterinin döngüsel kromozomunda uç kopyalama sorunu neden doğmaz?
5. TRF2 işlevini yitirseydi kromozom uçları neyle karşılaşırdı?

Bir sonraki derse köprü

Nükleotitten başlayıp çift sarmal, baz eşleşmesi, nükleozom, açık ve kapalı kromatin, bel ve uçlarla bir kromozoma ulaştık. Kromozom Organizasyonu dersi bu basamakları tek bir ölçek görselinde yan yana koymayı soracak: 2 nanometrelik sarmal metafaz kromozomuna hangi katlanmalarla ulaşır, bölünmeden önce bu yoğunlaşmayı kondensin nasıl kurar ve kromozom takımı karyotipte boyuna ve sentromerin konumuna göre nasıl dizilir? Çekirdek Görsel Atlası organel ölçeğindeydi; bu kez ölçek kromozomun kendisi.