Ökaryotik Hücrelerin Yasam Döngüsü, Indirgenemez Kompleks Bir Sistem

Editor Notu; Evolution News sitesinde ilgimi çeken bir yazıyı sizlere sunmak istedim. Dr. Jonathan Mclatchie imzalı olan yazı özetle Ökaryotik hücrelerin (Çekirdekli hücreler, insanin da icinde bulunduğu pek çok canlı çekirdek hücreli canlı grubu içerisindedir )

 

Dr. Jonathan hücre döngüsünün inanılmaz derecede karmaşık oldugunu inceledikten sonra neden hücre bölünmesi ve hucrenin kritik islemlerinin evrim ile aciklanamayacagini göstermektedir. Evrim basit anlatımla tesadüfi degisimler ile doğal secilimin bir karmasıdır ancak biz canlılarda bu basitliği göremiyoruz. En kucuk canlı birimi olan hücrenin sadece bölünme islemleri dahi insanin aklinin almakta zorlandigi muazzam detaylar içermektedir. Peki o halde bunların tesadüfen oluştuğuna bizi  ikna etmeye calisan evrimciler icin ne söylenebilir ? Birazdan asagida okuyacaginiz detaylar bu muazzam islemlerin sadece kucuk bir isminin çok kucuk bir özetidir.

 

Ayrica  yazıda bu islemlerin ve hücre döngüsünün kendisinin indirgenemez kompleks bir sistem oldugu gösterilmektedir. Indirgenemez komplekslik teriminin sahibi Prof. Michael Behe Indirgenemez Kompleksligi su sekilde tanımlamaktadır;

 

Michael Behe, indirgenemez kompleks bir sistemi, birbirine bağlı birkaç parçadan oluşan ve bu parçaların herhangi birinin eksik olması durumunda sistemin işlevini yerine getiremeyen bir sistem olarak tanımlar. Böyle bir sistemin bir araya getirilmesi, planlama ve öngörü gerektirir çünkü işlev ancak her şey yerine konduğunda ortaya çıkar. Bir örnek olarak, Behe, klasik fare kapanını verir; bu kapan, bir platform, bir çekiç, bir yay, bir tutucu ve bir tutma çubuğundan oluşur. Bu parçalardan herhangi biri eksik olduğunda, kapan fareyi yakalayamaz.

 

Yani nasıl tek başına bir araba motoru bir araba degilse ve araba olabilmek icin koltuklara direksiyona vb. sahip olması gerekiyorsa dogada pek çok yapıda ayni bu sekilde indirgenemez kompleks yapılar seklindedir. Indirgenemez kompleks yapılar ise tesadüflerle ve adim adim olusamaz. Size bir avuç toz parcasinin esen ruzgarlar ile bir anda cam bardaklara dönüştüğünü iddia eden birine ne derdiniz ?

 

Iste ayni seyi evrimcilere de söyleyebilirsiniz.

 

Allah, sizleri topraktan, sonra bir damla sudan yarattı. Sonra sizi çift kıldı. O’nun bilgisi dışında bir dişi ne gebe kalır ne de doğurur. Yaşayan birinin ömrünün uzatılması da, kısaltılması da mutlaka bir Kitap’ta yazılıdır. Şüphesiz ki bu, Allah’a kolaydır.(35/Fâtır 11)

 

 

Yazinin orijinali 

 

 

Ökaryotik Hücrelerin Yasam Döngüsü, Indirgenemez Kompleks Bir Sistem

 

Daha önce Evolution News’te ökaryotik hücre bölünme döngüsünün inanılmaz tasarımı ve mükemmel mühendisliği hakkında birkaç makale yayınladım (bu konuyla ilgili önceki yazılarımın bağlantıları için bu makaleye bakabilirsiniz). Ayrıca, yakın zamanda BIO-Complexity dergisinde, ökaryotik hücre döngüsünün kökenlerine ilişkin evrimsel süreçlerin önündeki önemli engelleri belgelediğim bir makale yayınladım (ücretsiz olarak buradan ulaşabilirsiniz). Burada, hücre döngüsünün indirgenemez derecede karmaşık olduğunu gösteren ve makalemde de tartışılan bazı yönlerini açıklayacağım.

Kondensinler
Kondensinler, hücre bölünmesi sırasında kromozomların organizasyonu ve ayrılmasında kritik bir rol oynayan protein kompleksleridir. Ökaryotlar arasında oldukça korunmuşlardır. Kondensin I, profazın geç evrelerinde aktiftir ve nükleer zarın parçalanmasından sonra kromozomların yapısal bütünlüğünü korur. Kondensin II ise profazın daha erken evrelerinde işlev görür ve çekirdekte kromozom yoğunlaşmasının başlangıç aşamalarında rol alır.

Kondensin molekülleri, ATPaz aktivitesine sahip olan SMC2 ve SMC4 (Yapısal Kromozom Bakımı) proteinleri de dahil olmak üzere beş alt birimden oluşur. SMC proteinleri, kendi üzerine katlanarak V şeklinde bir yapı oluşturan uzun, esnek kollara (coiled-coil domain) sahiptir. Ayrıca, iki SMC proteininin dimerleşmesini sağlayan bir hinge domain ve ATP bağlama ve ATPaz bölgelerini içeren baş domainleri bulunur. Bu ATPaz aktivitesi, kondensinlerin faaliyetlerini enerjilendirir. SMC alt birimlerine ek olarak, DNA’nın belirli bölgelerine bağlanan ve kondensin aktivitesinin düzenlenmesine yardımcı olan üç adet SMC olmayan alt birim de vardır.

Kondensin kompleksleri, SMC olmayan alt birimler tarafından yönlendirilen adım adım bir süreçle kromatine yüklenir. SMC alt birimleri, ATPaz aktivitelerini kullanarak DNA’da halkalar oluşturur. Bu halkalar, mitotik kromozomlar halinde stabilize edilir ve yoğunlaştırılır.

Kondensin proteinleri, hücre bölünmesi süreci için hayati öneme sahiptir. Yokluğunda, kromozomların düzensizleşmesi ve mitoz sırasında uygun ayrılmanın sağlanmasında büyük zorluklar ortaya çıkar.

Kinetokorlar
Her bir kromozomun sentromer bölgesi etrafında toplanan ve mitotik hücre bölünmesi süreci için kritik öneme sahip olan kinetokor adı verilen protein kompleksleri bulunur. Her bir kinetokor, hücrenin kutuplarındaki sentrozomlardan yayılan iğ iplikleri (mikrotübüller) için bir bağlanma noktası görevi görür. Kinetokorlar, metafaz sırasında kromozomların hücrenin ekvator düzlemine hizalanmasına yardımcı olarak genetik materyalin eşit dağılımını sağlar. Ayrıca, mikrotübüllerin çekmesiyle oluşan gerilimi algılayarak uygun bağlanmayı garanti eder. Eğer yanlış bağlanmalar olursa (örneğin, her iki kardeş kromatidin kinetokoru aynı kutba bağlanırsa), bu hatalar kinetokorla ilişkili mekanizmalar tarafından düzeltilebilir.

Kinetokorlar olmasaydı ne olurdu? Bu durumda, kromozomlar iğ ipliklerine uygun şekilde bağlanamaz ve genetik materyal eşit olarak dağıtılamazdı. Nitekim, kinetokorlar hücre bölünmesi süreci için o kadar kritiktir ki, tüm ökaryotik organizmalarda yaygın olarak bulunurlar.

Separaz ve Anafazı Destekleyen Kompleks (APC/C)
Metafazdan anafaza geçiş, E3 ubikitin ligaz olan Anafazı Destekleyen Kompleks veya siklozom (APC/C) tarafından düzenlenir. APC/C, koaktivatörü Cdc20’ye bağlandığında, separaz enzimi tarafından kohezinin parçalanmasını önleyen sekürin proteinini ubikitine eder. Sekürinin ubikitinlenmesi, onu hücrenin moleküler parçalayıcısı olan proteazoma hedefleyerek yıkıma uğratır. Bu, separaz enzimini serbest bırakır ve kardeş kromatidleri bir arada tutan kohezin halkasını keserek kromatidlerin ayrılmasını sağlar.

Separaz olmadan, kardeş kromatidler ayrılamaz ve hücre anafazda kromozomlarını ayıramaz. Nitekim, deneysel knockout çalışmaları, separazın silinmesinin embriyonik ölümle sonuçlandığını göstermiştir. APC/C olmadan da hücre döngüsü ilerlemesi durur ve metafazdan anafaza geçiş engellenir. Örneğin, farelerde APC2 (APC/C’nin temel bir alt birimi) geninin silinmesi, yalnızca yedi gün içinde ölümcül kemik iliği yetmezliğine neden olmuştur.

Aurora Kinazlar
Aurora kinazlar da iğ ipliği oluşumu ve kromozom ayrılması için kritik öneme sahiptir. Aurora kinaz A, mikrotübül organizasyonunda yer alan proteinleri fosforile eder ve mikrotübüllerin kinetokorlara doğru şekilde bağlanmasını sağlar. Nitekim, “Aurora A null fareler, embriyonik gelişimin 16 hücre aşamasında erken ölümle sonuçlanır. Bu Aurora A null embriyolar, özellikle iğ ipliği oluşumunda mitozla ilgili kusurlar sergiler, bu da Aurora A’nın mitotik geçişlerdeki kritik işlevlerini destekler.” Bu durum, Aurora kinaz A’nın başarılı hücre bölünmesi için gerekli bileşenlerden biri olduğunu göstermektedir.

Mikrotübüller
Daha önce, hücre bölünmesinde mikrotübüllerin kritik rolünü açıklamıştım. Mikrotübüller, sentrozomlardan yayılır ve her bir kromozomun sentromer bölgesi etrafında toplanan kinetokor kompleksine bağlanır. Metafaz sırasında, kromozomlar hücrenin ekvator düzlemine hizalanır ve kinetokorlara bağlı mikrotübüller tarafından tutulur. Anafazda ise kardeş kromatidler, mikrotübüller tarafından kutuplara doğru çekilir. Dolayısıyla, mikrotübüller kardeş kromatidlerin iki yavru hücreye ayrılması için gereklidir.

Mikrotübüller olmadan, mitotik iğ ipliği oluşumu ciddi şekilde bozulur ve kromozomların hizalanması ve ayrılması engellenir. Nitekim, γ-tübulin eksikliği olan fare embriyoları üzerinde yapılan deneysel çalışmalar, morula/blastosist aşamalarında gelişimin durduğunu göstermiştir.

Kasılma Halkası
Kasılma halkası, sitokinez süreci için de kritik öneme sahiptir. Sitokinez, hücrenin fiziksel olarak iki yavru hücreye bölündüğü mitozun son aşamasıdır. Kasılma halkası, başlıca aktin filamentleri ve miyosin II motor proteinlerinden oluşur. Ayrıca, forminler, RhoA ve septinler gibi diğer düzenleyici proteinler de bu yapıya katkıda bulunur. Bu bileşenler, bölünen hücrenin ekvatorunda zarın altında dinamik bir kemer benzeri yapı oluşturur. Kasılma halkası, bölünme oluğunun içe doğru çökmesi için gereken kuvveti üretir. Miyosin II proteinleri, halkadaki aktin filamentleri ile etkileşerek bu kasılma kuvvetini oluşturur. Bu süreç, ATP hidrolizi ile enerjilenir. Halka sıkılaştıkça, plazma zarı içe doğru çekilir ve sitoplazma ikiye bölünür. Kasılma halkasının yokluğu, hücrenin bölünememesine ve çift çekirdekli hücreler gibi anormalliklere yol açar.

Motor Proteinler
Daha önce Evolution News’te yayınladığım bir makalede, ökaryotik hücre bölünmesi sırasında mitotik iğ ipliğinin oluşumu ve işlevinde motor proteinlerin (kinesin ve dinein) rolünü açıklamıştım. Bu şaşırtıcı süreçle ilgili tartışma için ilgili makaleme başvurabilirsiniz. Bu motor proteinlerin yokluğu, kromozomların taşınması ve konumlandırılmasını ciddi şekilde bozarak metafaz sırasında kromozom yanlış hizalanmalarına ve uygun bir mitotik iğ ipliği oluşturulmasında zorluklara neden olur. Bunun sonucu, anafaz sırasında kromozom ayrılmasında hatalar meydana gelir.

Cdk ve Siklin Molekülleri
Daha önce, hücre döngüsü ilerlemesinde sikline bağımlı kinazlar (Cdk) ve siklin moleküllerinin rolü hakkında yazmıştım. Bu konuda bir inceleme için ilgili makaleme başvurabilirsiniz. Cdk ve siklin molekülleri, birbirlerinin yerine geçebilme özelliği gösterir, yani hepsi tek tek gerekli değildir. Örneğin, Cdk2, 3, 4 veya 6 genlerinin farelerde silinmesi canlılığı korur. Ayrıca, maya hücrelerinde yalnızca tek bir Cdk, özellikle Cdk1 bulunur. İlginç bir şekilde, Cdk2 ve 4 veya Cdk4 ve 6’nın birlikte silinmesi embriyonik ölümle sonuçlanırken, Cdk2 ve 6’nın birlikte silinmesi canlılığı korur. Görünüşe göre, Cdk2 ve 4 ile Cdk4 ve 6 çiftleri birbirlerinin yerine geçebilir. Ancak, Cdk1’in varlığı zorunludur ve bu genin silinmesi, gelişimin blastosist aşamasında durmasına neden olur.

Cdk molekülleri, siklin molekülleri tarafından aktive edilir. Bu siklinler olmadan, Cdk’ler aktif hale gelemez ve hücre döngüsü durur. Burada da birbirinin yerine geçebilme özelliği vardır, bu nedenle tüm siklinler başarılı bölünme için gerekli değildir. Ancak, Cdk1’i mitoza geçişi sağlamak için aktive eden siklin B’nin yokluğu, G2’den M fazına geçişi engeller. Başka bir deyişle, hücre mitoza giremez. Bu durum, fare embriyolarında siklin B’nin silinmesiyle yapılan deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Bu çalışmalar, siklin B’nin yokluğunda hücre döngüsünün G2’de sadece iki bölünme sonrasında durduğunu göstermiştir.

Kontrol Noktaları
Daha önce, hücre döngüsü kontrol noktaları (G1 (kısıtlama) kontrol noktası, G2 (DNA hasarı) kontrol noktası ve iğ ipliği montaj kontrol noktası) hakkında yazmıştım (bu konudaki makalelerime buradan, buradan ve buradan ulaşabilirsiniz). Bu kontrol noktaları da başarılı hücre bölünmesi için gereklidir. Örneğin, mitotik kontrol noktası kompleksi olmadan, hücrenin iğ ipliği montajını izleme yeteneği ortadan kalkar ve bu da iğ ipliği kusurlarıyla bölünen hücrelerin sayısını önemli ölçüde artırır. Bunun sonucu, kromozom yanlış ayrılmaları ve anöploidi olur. G1 kontrol noktasının yokluğu, hasarlı DNA’nın S fazına girmesine izin verir ve bu da mutasyonların yayılmasına ve genomik instabiliteye yol açabilir. G2 kontrol noktasının kaybı, DNA hasarı olan hücrelerin mitoza girmesine neden olur ve bu da onarılmamış genetik materyalin bölünmesiyle sonuçlanır. Ayrıca, kromozom anomalileri riskini önemli ölçüde artırır. S fazındaki DNA hasarı kontrol noktası olmadan, hasarlı DNA’nın replikasyonu gerçekleşir ve bu da mutasyonların yayılmasına ve dolayısıyla yavru hücrelerde genetik anormalliklerin ortaya çıkma riskinin artmasına neden olur.

İndirgenemez Karmaşıklık
Yukarıdaki kısa tartışmadan da görülebileceği gibi, mitotik hücre bölünmesi aparatının çeşitli bileşenleri, sistemin çalışması için vazgeçilmezdir. Bu, ökaryotik hücre bölünmesini indirgenemez derecede karmaşık hale getirir ve bu durum, kör evrimsel süreçlerle açıklanmasını zorlaştırır. Karmaşık bir üst düzey hedefe ulaşan ve birbiriyle uyumlu çeşitli bileşenlerden oluşan herhangi bir sistem, ortaya çıkması için öngörü gerektirir.