Bilim insanları, C. elegans’ta öğrenilen davranışların nesilden nesile iletilebileceğini keşfetti. Princeton Üniversitesi araştırmacıları, öğrenilen davranışların C. elegans’ta birçok nesiller için kalıtsal olabileceğini, ebeveynlerden yavrularına yumurta ve sperm hücreleri yoluyla iletilebileceğini keşfettiler.
RebeccaMoore, RachelKaletsky ve ColeenMurphy’nin bu bulgusunu anlatan makale, Cell dergisinin 13 Haziran sayısında yer alıyor. Bir organizmanın özelliklerinin, ebeveynlerden yavrularına, sperm ve yumurtalarla aktarılan genlerle kodlandığı iyi bilinmektedir.
Bazı özelliklerin kalıtımı, sadece bir bireyin, bir ebeveyne bağlı bir genin baskın veya resesif formunu alıp almadığı ile belirlenir. Diğer kalıtsal özellikler hem genetik yapıdan hem de ilgili genlerin ekspresyon seviyelerini etkileyebilecek beslenme, sıcaklık veya çevresel stres gibi faktörlerden etkilenir. Kalıtımın sadece DNA sekansıyla kontrol edilmediği özellikler epigenetik olarak adlandırılır. (“epi” öneki “,” üstünde “anlamına gelir).
Bir organizmanın fenotipi, epigenetik mekanizmalar nedeniyle ömrü boyunca değişebilir. Örneğin, mikroskobik yuvarlak solucan olan Caenorhabditiselegans, açlık ya da sıcak stresi, canlının çoklu genlerin ekspresyonunu değiştirerek bu koşullara adapte olmasını sağlar.
Genom seviyesinde, bir geni kodlayan DNA’nın ne kadar sıkı bir şekilde paketlendiğini değiştirerek, RNA transkripsiyon makinelerine erişilebilirliğini düzenler, bu değişiklikler canlıyı dayanıklı hale getirebilir. Alternatif olarak hücreler, protein kodlayan RNA transkriptlerini tahrip eden mekanizmalara bağlanabilir. Bu modifikasyonlar eşey hücrelerinde yapıldığında, gelecek nesillere aktarılabilirler.
Bu, nesiller arası epigenetik kalıtım olarak bilinir. Çalışmalar C. elegans ‘ın açlığa ve sıcak stresine adaptasyonlarının birkaç kuşak için kalıtımsal olduğunu göstermiştir. Davranış değişiklikleri gibi daha karmaşık fenotipler de bu şekilde aktarılabilir mi?
Princeton Moleküler Biyoloji Bölümü ve LewisSigler Enstitüsü ‘nden Profesör Murphy, “Doğal ortamlarında solucanlar birçok farklı bakteri türü ile temas eder. Bunların bazıları besleyici gıda kaynaklarıdır, bazıları ise onları enfekte eder ve öldürür” dedi. “Solucanlar başlangıçta Pseudomonasaeruginosa patojenine çekiliyor, ancak enfeksiyon üzerine bundan kaçınmayı öğreniyorlar. Aksi halde birkaç gün içinde öleceklerdir.” dedi.
Moore ve meslektaşları C. elegans’ın bu öğrenilmiş kaçınma davranışını yavrularına aktarıp aktaramayacaklarını araştırdı. Anne solucanlar patojenik P. aeruginosa ‘dan uzak durmayı öğrendiklerinde, yavrularının da bakterilerden uzak durmayı bildiklerini buldular. Dikkat çekici bir şekilde, bu kalıtsal önleyici davranış dört kuşak boyunca sürdü, ancak beşinci kuşakta solucanlar bir kez daha Pseudomonas’a çekildi.
Başka bir sürprizde öğrenilmiş kaçınma kalıtımının tüm patojenik bakteriler için evrensel olmadığını göstermiştir. Anne solucanlar, Pseudomonas’tan daha az miktarda bulunan, patojenik bakteri olan Serratiamarcescens ‘ten kaçınmayı öğrenebilse de yavrularda kaçma davranışı gözlemlenmedi. Araştırmacılar, P. aeruginosa’nın kaçınma davranışının nesiller boyunca geçişini neyin kontrol ettiğini kontrol etmek için araştırma yaptılar.
Yazarlar, C. elegans annelerinin, gelecek nesillere kaçınmalarını iletmek için P. aeruginosa’yı tüketerek gerçekten hasta olmaları gerektiğini; patojen tarafından yayılan kokulara maruz kalmanın kaçınmaya neden olmak için yeterli olmadığı söylediler.
Bununla birlikte, nöronal duyusal yollar, kalıtımsal kaçınma için önemlidir, çünkü hem annelerdeki hem de yavrularındaki kaçınma davranışı, nöronal olarak ilişkili birkaç genin düzensiz ifadesiyle ilişkilendirilmiştir. Bunlar arasında, soylarda patojen kaçınması kalıtımını almak için annelerde TGF-β ligand daf-7’nin yüksek ekspresyonuna ihtiyaç duyuldu. Moore ve meslektaşları, belirli bir duyusal nöron olan, ASI nöronlarının (1),daf-7 (2) ifadesinin kalıtsal kaçınma davranışlarıyla güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu buldu.
Murphy, “Bu öğrenilmiş kaçınma sürecini [aynı zamanda] devralma süreci, piRNA adı verilen küçük RNA ‘ların aktivitesini gerektirir” dedi. piRNA ‘lar, gen ekspresyonunu susturmanın ve dolaylı olarak DNA paketlemesi ve düzenlenmesinin düşünüldüğü C. elegans’taki diğer nesiller arası epigenetik kalıtım yollarına dahil edilmiştir.
Araştırmacılar, C. elegans annelerinin P. aeruginosa’dan kaçınmalarını öğrenmek için gerekli olmamakla birlikte piRNA ile ilişkili protein PRG-1’in, döllerde artan daf-7 ekspresyonu ve kalıtsal kaçınma davranışları için gerekli olduğunu bulmuşlardır.
Önemli olarak, daf-7’nin ifadesi dört kuşak boyunca yeni nesillerde yüksek kalır, daha sonra kalıtımsal kaçınma davranışının da ortadan kalktığı beşinci kuşakta bazal seviyelere döner.
Murphy’nin işaret ettiği gibi, kaçınma davranışının kalıtımı, hayatta kalma avantajı sağlasa da bu kaçınma davranışının eninde sonunda ortadan kalkması gerekir. Çünkü P. aeruginosa sadece yüksek sıcaklıklarda patojeniktir; düşük sıcaklıklarda, diğer Pseudomonas türleri gibi, yemek olarak daha güvenlidir. Patojenik tehdit geçici ise, kalıtsal kaçınmanın sona ermesi, gelecek nesillerin Pseudomonas’tan besleyici olarak faydalanmaya dönmelerine izin verir.
(1) ASI nöron: Amphid nöronları. Solucandaki sinir sistemini oluşturur.
(2) daf-7: abnormaldauerformation. (Anormal dauer formasyonu.) Dauer: Açlık veya stres durumlarında canlının metabolizmasını en aza indirerek kendini korumaya almasıdır.
Çeviri: Editör/ Yazar: Ülkü Güngör
Referans:
- Rebecca S. Moore, Rachel Kaletsky, Coleen T. Murphy. Piwi/PRG-1 Argonaute and TGF-β Mediate Transgenerational Learned Pathogenic Avoidance. Cell, 2019; DOI: 10.1016/j.cell.2019.05.024
