Kromozom Organizasyonu

Koridordaki duvar

Martın ikinci haftasının pazartesisi. Gece yağan karın kalanı kaldırımın gölgeli yanında duruyor, laboratuvarın koridoru ise kalorifer kokuyor. Ruhsar Hanım boş duvara geçen haftanın altı baskısını tutturmuş: cam çubuğa sarılmış beyaz iplik, kalemin çevresine dolanan iki kâğıt şerit, föydeki erime basamakları, beş bantlı jel, yamalı sinek gözü ve cuma günkü metafaz yayması, belleri kırmızı, uçları yeşil.

Aybars onları boy sırasına dizmeye çalışıyor ve hemen takılıyor. Kâğıt şerit iki nanometrelik bir sarmalı anlatıyor, yayma ise mikrometrelik kromozomları gösteriyor; arada beş yüz kat var, ama duvarda ikisi aynı boyda asılı. Ruhsar Hanım baskıların altına uzun bir kâğıt bant yapıştırıyor. "Boyları çizme," diyor. "Her basamağın altına yalnız bir öncekinden kaç kat kısaldığını yaz."

Perşembe hazırladığı lamlardan birini cuma akşamı tripsin ve Giemsa ile boyamış; duvarın öbür yarısına genç kabın bu yaymasının griye çevrilmiş, büyük bir çıktısını koyuyor, yanına bir makas bırakıyor. Kırk altı kromozom tek tek kesilip boyuna ve belinin yerine göre dizilecek.

Duvarın iki yarısı

Sol yarıda ipin kat kat kısalmasını tek bir tabloya çevireceğiz; sağ yarıda bir metafaz yaymasını karyotipe dönüştürüp kromozomları sınıflandıracaksın. Arada bölünmeden önce ipi çubuğa çeviren proteinler ve fotoğrafın sakladıkları var.

Metin

Kısalma tablosu

Örnek olarak en büyük insan kromozomunu alalım. Wikipedia'nın kromozom 1 maddesi onu yaklaşık 249 milyon baz çifti verir; NCBI'nin referans genom tablosunda boyu 248.956.422 baz çiftidir. Çift sarmal dersinde bir baz çiftine 0,34 nanometre düştüğünü görmüştük. Düz hâlde bu kromozom 249 × 10⁶ × 0,34 nm ≈ 8,5 santimetre eder. Paulson ile arkadaşları 2021 derlemelerinde en büyük insan kromozomuna 8,5 santimetrelik DNA ve metafazda 8–10 mikrometrelik bir boy yazar.

Son satırın oranı hesapla doğrulanır: 8,5 cm ÷ 10 µm ≈ 8.500, 8,5 cm ÷ 8 µm ≈ 10.600. Wikipedia'nın kromozom maddesi de metafazdaki sıkışmayı on bin kat dolayında verir. Kalınlık sütunu ters yönde büyür: 1.100 ÷ 2 = 550, 700 ÷ 2 = 350. İp uzunlukta on bin kat kısalırken kesitte birkaç yüz kat kalınlaşır.

Kromatit kalınlığı için iki ölçüm var. Walther ve arkadaşlarının 2018'de HeLa hücrelerinde yaptığı ölçümde kromatit kolu bir mikrometreyi biraz aşıyordu; Cisneros-Soberanis ve arkadaşları 2024'te başka bir insan hücre hattında, hacim elektron mikroskobuyla, 0,7 mikrometreye yakın değerler buldu. Hücre tipi de yöntem de sayıyı etkiliyor; ölçek aynı kalıyor.

Tablonun en şaşırtıcı yeri alt iki satırın arasıdır. Paulson ekibine göre aynı kromozom interfazda çekirdeğe sığmak için zaten 8.500 kat dolayında kısalmıştır; mitozda kromatin yalnız iki üç kat, belki daha da az sıkışır. Bölünmenin asıl yaptığı yeni bir sıkıştırma değil, bir biçim değişikliğidir: dağınık bir yumak birbirinden ayrılabilen iki çubuğa dönüşür.

Halka ailesinin ikinci kolu

Genomun Üç Boyutlu Düzeni dersinde kohesinin DNA'yı halkasından geçirip döngü çektiğini görmüştük. Çubuğu kuran proteinler aynı ailedendir. Wikipedia'nın kondensin maddesi ile Paulson ekibinin derlemesi ökaryotlardaki üç büyük SMC (structural maintenance of chromosomes) kompleksini kohesin, kondensin ve SMC5/6 diye sayar.

İkisinin zamanlaması farklıdır. Kondensin maddesi, Paulson ekibi ve Walther ekibi aynı düzeni anlatır: kondensin II interfaz boyunca çekirdektedir ve profazda ilk yoğunlaşmayı başlatır, kondensin I ise çekirdek zarfı yıkılana dek sitoplazmada bekler. Nükleer zarfın bir geçit olduğunu çekirdek modülünde görmüştük; burada geçit kalkınca ikinci ekip içeri girer.

Gibcus ve arkadaşlarının 2018 çalışmasının özeti bu süreci temas haritalarıyla zaman içinde izler. Profazda interfaz düzeni kondensine bağlı olarak hızla silinir ve ardışık, yaklaşık 60 kilobazlık döngüler kurulur. Prometafazda 400 kilobaz dolayındaki dış döngülerin içine 80 kilobaz dolayında iç döngüler yerleşir; döngüler sarmal bir kondensin iskeletinden dışarı uzanır. Paulson ekibi aynı çalışmayı aktarırken A ve B bölmelerinin profazın ilk dakikalarında, TAD'lerin de kısa süre sonra kaybolduğunu yazar. Kromozom 1'de bu, 249 × 10⁶ ÷ 400.000 ≈ 620 dış döngü ve her birinde 400 ÷ 80 = 5 iç döngü eder.

Kesilip yapıştırılan kırk altı

OpenStax'in biyoloji kitabı karyotip hazırlığını Ruhsar Hanım'ın perşembe yaptığı işle anlatır: bölünen hücreler kolşisinle metafazda durdurulur, şişirici bir çözeltide açılır, sabitlenip lama damlatılır. Kitap kromozomların fotoğraflandıktan sonra tek tek kesilip bir çizelgeye yapıştırıldığını da yazar; duvardaki makas oradan geliyor.

Wikipedia'nın karyotip maddesi ile OpenStax insanın vücut hücresinde 22 çift otozom ve bir çift eşey kromozomu sayar: 2 × 22 + 2 = 46. Kadında eşey çifti XX, erkekte XY'dir. Sayının oturması zaman aldı. Wikipedia'nın Tjio maddesine ve Arnason'un 2006 tarihli yazısının özetine göre doğru sayıyı Joe Hin Tjio ile Albert Levan Lund'da saydı ve 1956'da yayımladı; o güne dek 48 kabul ediliyordu. Cuma günü sayılan kırk altı kromozom bu sayıydı.

Sentromer ve Telomer dersinde belin bir yanında kısa kol p'nin, öbür yanında uzun kol q'nun uzandığını görmüştük. Belin yeri sınıfı belirler ve Wikipedia'daki sentromer maddesi sınıfları şöyle ayırır: metasentrik kromozomda bel ortadadır ve kollar kabaca eşittir, submetasentrikte bel ortanın biraz dışındadır ve bir kol belirgin biçimde kısadır, akrosentrikte kısa kol neredeyse yoktur; belin tam uçta olduğu telosentrik kromozom ise insanda bulunmaz. Akrosentrik beşliyi, yani 13'ten 15'e kadarki kromozomlarla 21 ve 22'yi, Nükleolus dersinde kısa kollarındaki ribozomal RNA genleriyle tanımıştık.

Numaralar kabaca boya göre verildi, ama kural her yerde tutmaz. OpenStax 21 numaralı kromozomun 22'den kısa olduğunu, adının ise eskisi gibi bırakıldığını yazar. NCBI tablosu farkı sayıyla gösterir: 21 numara 46,7, 22 numara 50,8 megabazdır.

Bantlar ne söyler

Boy ve bel yeri bir kromozomu çoğu zaman tek başına tanıtmaz; aynı boyda birkaç kromozom bulunur. Wikipedia'nın G bantlama maddesine göre kromozomlar tripsinle kısmen sindirilip Giemsa boyasıyla boyanınca boyunca açık ve koyu bantlar belirir. Koyu bantlar adenin ve timince zengin, genleri az, sıkı paketlenmiş bölgelerdir; açık bantlar guanin ve sitozince zengin ve genlerce yoğundur. Hall ve arkadaşlarının 2024 makalesi koyu bantların genleri az taşıdığını, daha geç kopyalandığını ve adenin ile timince zengin olduğunu aynı biçimde yazar. Bant sayısı kaynağa ve hazırlığa göre birkaç yüz arasında değişir; G bantlama maddesi kromozom ne kadar az yoğunlaşmışsa o kadar çok bant seçildiğini ekler.

Antiparalellik dersinde guanin ile sitozinin payının türden türe değiştiğini görmüştük; bantlar aynı payın tek bir genom içinde de değiştiğini gösterir. Genomun Üç Boyutlu Düzeni dersindeki A ve B bölmeleriyle de bir akrabalık var.

Makas sende

Aybars'ın çıktısından kesilmiş altı kromozomu düşün. Ölçüler kâğıt üzerindedir; p kısa kolun boyudur.

Önce boya göre diz, sonra her kesik için kısa kolun toplam boya oranını hesapla. Bir cetvelle şöyle de yapabilirsin: kesiği belinden katla ve kısa kolun uzun kolun ucuna ne kadar yaklaştığına bak.

Boy sırası A, B, D, F, C, E'dir. Oranlar A'da 40 ÷ 82 ≈ 0,49, D'de 23 ÷ 48 ≈ 0,48; ikisi metasentriktir. B'de 20 ÷ 60 ≈ 0,33, F'de 10 ÷ 36 ≈ 0,28; bunlar submetasentriktir. C'de 4 ÷ 30 ≈ 0,13, E'de 3 ÷ 25 = 0,12; kısa kollar neredeyse yok, ikisi akrosentriktir. Sınıflar arası sınırları kesin bir eşikle değil, bu oranların kümelenmesiyle okuduk.

Fotoğrafın söylemediği

Yayma hücrenin hayatındaki tek bir anı gösterir. Kolşisin bölünmeyi metafazda durdurur; şişirici çözelti hücreyi patlatır, kromozomlar lamda yan yana düşer. İnterfazdaki çekirdekte kromozomlar böyle durmaz: Genomun Üç Boyutlu Düzeni dersindeki lenfositlerde her biri kendi bölgesini dolduran bulanık bir öbekti.

Karyogram da bir düzenlemedir. Her kromozom fotoğraftaki yerinden kesilip başka bir yere konur; çiftler yan yana, sentromerler aynı hizada durur. Rengin kararı da kişiye aittir: Wikipedia'nın G bantlama maddesi Giemsa'nın kromozomu mora boyadığını, görüntülerin karşılaştırma kolaylığı için çoğunlukla griye çevrildiğini yazar. Çekirdek Görsel Atlası'nda her baskının ya donmuş bir kare ya da bir ortalama olduğunu konuşmuştuk; karyogram ikisini birden taşır: tek bir hücrenin anından kesilip ideal bir sıraya dizilmiştir.

Duvar boşalmadan

Öğleden sonra Aybars son kesiği yapıştırıyor. Yirmi iki çift ve en altta iki X; bağışçının kadın olduğunu çarşamba Barr cisimciğinden biliyorlardı. Duvarın sol yarısındaki kâğıt banda bir oran ekliyor: "8,5 cm → 9 µm, on bin kat; interfazdan metafaza yalnız iki üç kat."

Ruhsar Hanım bir kromozomun koyu bantlarından birine kalemin ucuyla dokunuyor. "Bunlar en son kopyalanan yerler," diyor. "Peki kopyalama nereden başlıyor?"

Kendini sına

1. Yüz megabazlık bir kromozom düz hâlde kaç santimetredir? Metafazda 4 mikrometre boyunda görünüyorsa uzunlukta kaç kat kısalmıştır?
2. Gibcus ekibinin 400 kilobazlık dış döngüleriyle 150 megabazlık bir kromozomda kaç dış döngü beklersin?
3. Kondensin I'in interfazda sitoplazmada beklemesi, zarfın yıkılma anıyla birlikte düşünülünce neden anlamlıdır?
4. NCBI tablosunda 10 numaralı kromozom 133,8, 11 numaralı 135,1 megabazdır. Bu iki kromozomu karyotipte boy sırasıyla mı yoksa numarayla mı dizersin, neden?
5. Koyu bir G bandı temas haritasında hangi bölmeye düşer? İlişkiyi neden "kısmen" diye yazdık?

Bir sonraki derse köprü

DNA'yı harften metafaz çubuğuna kadar yedi derste izledik; Sentromer ve Telomer dersinde uçların kopyalamada neden eksik kaldığını da görmüştük. Replikasyon Başlangıç Noktaları dersi kopyalamanın başladığı yere bakacak: bir bakteri kromozomu tek bir başlangıç noktasından açılırken insan kromozomları neden çok sayıda noktadan açılır, iki metrelik DNA bir hücre döngüsünün sınırlı süresine nasıl sığdırılır, başlangıç tanıma kompleksi (ORC) bu noktaları nasıl işaretler ve lisanslama her noktanın bir döngüde yalnız bir kez ateşlenmesini nasıl güvenceye alır?