Okuma süresi: 5 dk

İnsan hücrelerinin her biri yaklaşık 20.500 adet gen içerir. Bu genler kromozomların parçaları olup, hücre çekirdeğine gelen sinyaller doğrultusunda RNA üretiminde şablon görevi görürler. Hücrelerin asıl fonksiyonel birimleri olan proteinler ise, bu RNA dizilimlerine göre uzun amino asit zincirleri olarak üretilir. Hücrelerin en önemli yapı taşlarından biri olan proteinler, kemiklerden kaslara, hormonlardan beyin sinyallerine kadar geniş bir yelpazede çalışırlar. Hücre içinde ve dışında birbirlerine sinyal göndererek hücresel işlevleri kontrol ederler.

Genler hücreye dolaylı yoldan ne yapması/üretmesi gerektiğini söyleyen anlamlı DNA dizilimleridir. Peki bilim insanları belirli bir genin hücreye hangi talimatı verdiğini ya da bu genin kodladığı proteinin hücredeki işlevini nasıl belirler? Bu soruya cevap vermenin temel yolu, hücrenin/organizmanın araştırılan genin ya da fonksiyonunun kaybına verdiği cevabı gözlemlemektir. Genleri devre dışı bırakma yollarından biri “nakavt etmek”tir. Nakavt için boks eldivenlerine ihtiyaç yok. Başlangıç için tek bir hücre yeterli. Bu hücre bakteri, maya, ya da embryonik gelişime hazırlanan döllenmiş bir yumurta olabilir.

Bir geni nakavt etmek için bilim insanları o genin çalışmayan bir versiyonunu bulur ya da yaratırlar. Çalışmayan gen dizilimlerinde, genin işlevsel protein üretmesini imkansız kılan değişiklikler bulunur. Bazı durumlarda ise hiç protein üretemezler. “Bozuk” gen önce “muhabir” genlerle etiketlenir; sonra sağlıklı hücrenin içine sokulur. Muhabir genler florasan ışığa maruz kaldığında ışıyan proteinler üretir. Florasan proteinin varlığı muhabir genin dolayısıyla da etiketledigi bozuk genin hücreye başarılı olarak girdiğini gösterir.

Bozuk genlerin hücre içine sokulduktan sonra, hücre DNA’sina eklenmesinde doğal DNA tamir mekanizlamalarindan yararlanılır. DNA dizileri hasara uğradığında, tamir mekanizmaları sağlam DNA parçalarını şablon olarak kullanarak kırık parçaları yeniler. Deneysel tekniklerde bu doğal tamir mekanizmalarından faydalanılarak hücrelere mutant ya da bozuk genler eklenebilir ve/veya normal gen dizilimi eklenen diziyle değiştirilebilir. Bu da asıl geni nakavt eder.

Gen nakavtını gerçekleştirebilmek için, virüslerin bakterileri enfekte etmek için kullandığı Cre rekombinaz enzimi adapte edilmiştir. Nakavt edilmek istenen genin başına ve sonuna Cre rekombinaz enziminin tanıyıp kesebilecegi DNA parçaları eklenir. Kesip atılan normal genin yarattığı boşluk, yerine dışarıdan eklenen bozuk genle tamamlanır. Bazı durumlarda yerine bir şey eklenmeden tamamen silinebilir. Gen fonksiyonlarını bozmanın bunlardan başka teknikleri de mevcut. Orjinal geni tamamen değiştirmek yerine genin küçük bir kısmını mutasyona uğratabilir; mutasyon metotları kullanmak yerine RNA’dan protein üretilmesini engellenebilir; ya da bozuk genin normal genden çok daha fazla protein üretmesini de sağlanabilir.

Genin ürettiği proteinin hücre için ne kadar önemli olduğuna bağlı olarak nakavt sonucu farklı boyutta hasarlar gözlemlenebilir. Örneğin, A proteini işlevini yitirirse, aynı ailedeki benzer B proteini o işi kendi üzerine alabilir. Bazı durumlarda B proteinin üretimi A’nın işlevini iyi yapabilmek için artırılabilir bile. Bu durumda A proteinini üreten genin yok olması büyük bir probleme yol açmaz. Fakat bölünmeyi engelleyen bir genin işlevini kaybetmesi kontrolsüz hücre bölünmesi (yani kanser) gibi ciddi hasarlara yol açabilir. Hangi hastalığın hangi hücresel bozuklukla ilişkili olduğu, her bir protein ve genin işlevini tayin etmekten geçer.

Bazı genler, döllenmiş yumurtanın çoğalıp başkalaşarak cenin evresine gelişini kontrol eder. Bazıları yalnızca yetişkinlik evresinde önem kazanırken, bir kısım gen yaşamın her evresinde hücre bakım ve onarımından sorumludur. Bazıları ise yalnızca belirli bir organda etkin olup, başka organlarda baskılanırlar. Böyle çeşitlilik içeren bir sistemde, genlerin ne zaman ve nerede nakavt edileceği büyük önem taşır. Örneğin, yalnızca yetişkin karaciğerinde protein üretebilen C genini embryonik devrelerde nakavt etmek, bize amacımıza uygun bir sonuç vermeyebilir. Benzer şekilde, D geninin yetişkin pankreasındaki fonksiyonu ile ilgiliysek, geni tüm organizmada değil de yalnızca yetişkinlik döneminde ve pankreasta ‘şartlı’ nakavt etmek bize istediğimiz bilgiyi verecektir. Şartlı nakavt, yukarıda bahsettiğimiz gen değiş tokuşunun zaman ve mekana göre düzenlenmesiyle gercekleştirilir. Genlerin hemen başında bulunan ve RNA üretiminde görevli enzimler tarafından tanınan kısa diziler belli hücrelerde belli zamanlarda aktive edilerek “şartlı nakavt” düzenlenir.

Özetlersek, nakavt edilen genin yol açtığı problemler normal şartlarda vücudumuzun nasıl çalıştığı konusunda ipuçları veriyor. Bu ipuçlarının birleştirilmesiyle çeşitli hastalıkların iyileştirilmesi için nasıl ilaçlar üretmemiz gerektiği zamanla netleşiyor. Böylece tıp, moleküler biyoloji biliminin desteği ile ilerliyor.

Uyarlayan: Bilge San

Yararlanılan kaynaklar:
(1) B. Brookshire. “Explainer: Why scientists sometimes ‘knock out’ genes”. Alıntılanan site https://www.sciencenewsforstudents.org/article/explainer-why-scientists-sometimes-knock-out-genes/, Kasım 6, 2017.

(2) B. Alberts et al. Molecular Biology of The Cell. 6th edition. Garland Science: New York and Abingdon, UK, 2014.

(3) R. H. Friedel. “Generating Conditional Knockout Mice.” Methods in Molecular Biology. Volume 693, Ekim 4, 2010, p. 205. doi: 10.1007/978-1-60761-974-1_12.
“Knockout Mice”. Alıntılanan site https://www.genome.gov/12514551/knockout-mice-fact-sheet/, Ağustos 27, 2015.