Hücrelerin çekirdeğine yakından bakabilseydik, DNA'nın inanılmaz derecede küçük bir alana sıkıca paketlendiğini görürdük. Ancak DNA moleküllerinin aynı negatif elektriksel yüke sahip olması ve birbirlerini itmesi, bu kadar yakın bir arada nasıl durabildikleri sorusunu akla getiriyor.
Türkiye'deki araştırmacılar, bu gizemi aydınlatacak dikkat çekici bir ipucu yakaladılar. İki DNA sarmalının yan yana durduğu, oluklarının bir fermuarın dişleri gibi hizalandığı gözlemlendi.
Bu gelişme, 20 yıldan uzun süre önce ortaya atılan bir düzenleme için bilim insanlarına doğrudan yapısal kanıt sunuyor. Bilgisayar simülasyonlarıyla birleştirildiğinde, pozitif yüklü iyonların komşu DNA moleküllerini bir arada tutan köprüler oluşturabildiği de ortaya çıkıyor. Bu, DNA'nın hücre içinde nasıl paketlendiğini ve genetik materyal alışverişinden önce eşleşen bölgelerin nasıl birleştiğini araştırmak için bir mekanizma sağlıyor. Ancak bu mekanizmanın canlı hücrelerdeki rolünün henüz tam olarak belirlenmesi gerekiyor.
İncelenen her molekül zaten bir çift sarmaldı, yani birbirine dolanmış iki zincirden oluşuyordu. Ekip, bu iki sarmalın yan yana nasıl birleştiğini inceledi.
Yüksek çözünürlüklü atomik kuvvet mikroskobisi kullanarak, araştırmacılar moleküllerin yüzeylerini sıvı ortamda haritalandırdılar. Elde edilen görüntüler, DNA etrafında dönen büyük ve küçük olukları çözerek, yakın hizalanma örneklerini ortaya çıkardı.
Bireysel olukları gösteren görüntüler, nikel iyonları kullanılarak elde edildi, bu da optimum uzamsal çözünürlük sağladı. Daha geniş alan mikroskobisi taramaları magnezyum ve kalsiyum ile eşleşmeyi de inceledi, simülasyonlar ise bu iyonların oluk hizalanması üzerindeki etkilerini araştırdı.
Görülen yapıların ardındaki hareketi göstermek için, DNA'nın giderek birbirine kilitlenmesini bir film gibi göstermek üzere simülasyonlar kullanıldı.
Görüntülerdeki bu detay seviyesi, iki molekülün basitçe temas ettiğini görmenin, öngörülen fermuar modeline göre oluklarının hizalanıp hizalanmadığını ortaya koymak için yeterli değildi. Bilim insanları, iki DNA çift sarmalının nasıl bir araya geldiğinin 20 yıldan uzun süre önce hipotez edildiğini ve bu görüntülerin bu fikrin gerçek olduğunun ilk görselleştirmesi olduğunu belirtti.
Ardından gelen soru, negatif yüklü molekülleri bir arada neyin tutabileceğinin belirlenmesiydi. İyonların, iki molekül arasında bir tuz köprüsü oluşturarak onları bir arada tuttuğu anlaşıldı.
Bireysel atomları takip eden simülasyonlarda, iki pozitif yüke sahip iyonların komşu sarmalları bağladığı görüldü. En güçlü temaslardan bazıları, küçük olukların hizalandığı ve iyonların boşluk boyunca her iki molekülle etkileşime girmesine izin verdiği durumlarda oluştu.
DNA'nın dizisi de bu bağlantıları etkiledi. Simülasyonlar, bu köprüleri tercihli olarak oluşturan, iki molekülü sabitleyen ve ardından moleküllerin birbirine 'kilitlenmesini' sağlayan özel dizilerin varlığını gösterdi.
Nikel iyonları ile özellikle kararlı temaslar, GTAC adı verilen kısa bir DNA dizisiyle ilişkilendirildi. Simülasyonlarda magnezyum ve kalsiyum da hizalanmış eşleşmeleri stabilize etti, ancak köprü ağları iyon türleri arasında farklılık gösterdi. Bu, dizinin temasların nerede oluştuğunu ve ne kadar kararlı hale geldiklerini şekillendirmeye yardımcı olabileceğini düşündürüyor.
Ayrıca, DNA kilitleme işleminin diziye bağlı olduğu ve genomların eşleşmenin özellikle kolay olduğu belirli 'sıcak noktalar' sunabileceği bulundu. Bu tercihlerdeki eğilimleri anlamak, eşleşen DNA bölgelerinin nasıl birleştiğini açıklamaya yardımcı olabilir, ki bu genetik rekombinasyonun gerekli bir adımıdır. Yeni çalışma, tüm süreci hücre içinde göstermek yerine, bu tanımayı araştırmak için bir moleküler çerçeve sunuyor.
Gerçekten de, mikroskobik incelemeler çeşitli eşleşme düzenlemeleri ortaya çıkardı. Çoğu, etkileşen bölge boyunca tam eşleşen dizilerin hizalanmasıyla uyumlu değildi. Araştırmacılar, ilk bağlanmanın ve genişletilmiş eşleşmenin farklı adımlar içerebileceğini öne sürüyor. İyon köprüleri yerel temasları oluşturabilirken, eşleşen diziler hizalanmayı sürdürmeye ve eşleşmenin sarmallar boyunca daha uzağa uzanmasına izin verebilir. Bu nedenle, iki molekülün temas etmesi, mutlaka eşleşen bir partner buldukları anlamına gelmiyor.
Deneylerde saf DNA kullanıldı ve kontrollü laboratuvar koşullarında gerçekleştirildi. Hücrelerin içinde, proteinler ve diğer moleküller de genetik materyali organize etmeye yardımcı oluyor; bu materyaller, nükleozom adı verilen yapıları oluşturan histon proteinleri etrafında sarılıyor.
Bu deneylerin, tek moleküllerin bir laboratuvar ortamında nasıl davrandığını gösterdiği belirtildi. Bulgular, araştırmacıların nükleozom sarımının ötesinde DNA paketlemesini, özellikle de bu kadar güçlü negatif yüklü moleküllerin bu kadar yakından nasıl paketlendiğini anlamalarına yardımcı olabilir.
Bulgularla kanser arasında olası bir bağlantı olup olmadığını araştırmak daha fazla araştırmayı gerektirecek. Çalışma, bu etkileşimlerin kansere neden olduğunu göstermedi veya bir genom boyunca eşleşme sıcak noktalarını haritalamadı. Bu sıcak noktaları tanımlayan dizileri belirlemek ve bunları genomda bulmak bir sonraki adım olacak.
Şimdiye kadar, araştırmacılar önerilen bir düzenlemeden, iyonların onları nasıl bir arada tutabileceğini ortaya koyan simülasyonlarla desteklenen hizalanmış sarmalların ayrıntılı görüntülerine geçtiler. Bu, onlara daha karmaşık bir hücre ortamında test edebilecekleri somut bir mekanizma sağlıyor.
