Antik retrovirüsler omurgalı beyinlerinin evriminde önemli bir rol oynadı

Araştırmacılar, Cell dergisinde 15 Şubat’ta eski virüslerin miyelin ve buna bağlı olarak büyük, karmaşık beyinlerimiz için teşekkür edebileceğini bildirdi. Ekip, memelilerde, amfibilerde ve balıklarda miyelin üretimi için retrovirüs türevi bir genetik elementin veya “retrotranspozonun” gerekli olduğunu buldu. “RetroMyelin” adını verdikleri gen dizisi muhtemelen eski viral enfeksiyonun bir sonucudur ve RetroMyelin’in memelilerde, amfibilerde ve balıklarda karşılaştırılması, retroviral enfeksiyonun ve genom istilası olaylarının bu grupların her birinde ayrı ayrı meydana geldiğini göstermektedir.

Altos Labs-Cambridge Bilim Enstitüsü’nden kıdemli yazar ve sinir bilimci Robin Franklin, “Omurgalı evriminin başlaması için retrovirüsler gerekliydi” diyor. “Eğer dizilerini omurgalı genomuna yapıştıran retrovirüslerimiz olmasaydı, o zaman miyelinasyon olmazdı ve miyelinasyon olmasaydı, bildiğimiz şekliyle tüm omurgalı çeşitliliği asla olmazdı.”

Miyelin, omurgalı sinir aksonlarını kaplayan karmaşık, yağlı bir dokudur. Aksonal çapı artırmaya gerek kalmadan hızlı impuls iletimi sağlar, bu da sinirlerin birbirine daha yakın paketlenebileceği anlamına gelir. Ayrıca sinirlere metabolik destek sağlar, bu da sinirlerin daha uzun olabileceği anlamına gelir. Miyelin hayat ağacında ilk olarak çenelerle aynı zamanda ortaya çıktı ve omurgalı evrimindeki önemi uzun zamandır biliniyordu, ancak şimdiye kadar hangi moleküler mekanizmaların onun ortaya çıkmasını tetiklediği belli değildi.

Araştırmacılar, merkezi sinir sisteminde miyelin üreten hücreler olan oligodendrositler tarafından kullanılan gen ağlarını incelerken RetroMyelin’in miyelin üretimindeki rolünü fark ettiler. Ekip spesifik olarak, bu gen ağlarındaki retrotranspozonlar da dahil olmak üzere kodlamayan bölgelerin rolünü araştırıyordu; bu, daha önce miyelin biyolojisi bağlamında araştırılmamış bir şeydi.

Altos Labs-Cambridge Bilim Enstitüsü’nde hesaplamalı biyolog olan ilk yazar Tanay Ghosh, “Retrotranspozonlar genomlarımızın yaklaşık %40’ını oluşturuyor, ancak bunların hayvanların evrim sırasında belirli özellikler kazanmasına nasıl yardımcı olabileceğine dair hiçbir şey bilinmiyor” diyor. “Motivasyonumuz, bu moleküllerin, özellikle miyelinasyon bağlamında, evrimsel süreçlere nasıl yardımcı olduğunu bilmekti.”

Kemirgenlerde araştırmacılar, RetroMyelin’in RNA transkriptinin, miyelinin temel bileşenlerinden biri olan miyelin temel proteininin ekspresyonunu düzenlediğini buldu. Oligodendrositler ve oligodendrosit progenitör hücrelerde (oligodendrositlerin türetildiği kök hücreler) RetroMyelin’i deneysel olarak inhibe ettiklerinde, hücreler artık miyelin temel proteini üretemez hale geldi.

Ekip, RetroMyelin’in diğer omurgalı türlerinde mevcut olup olmadığını incelemek için çeneli omurgalıların, çenesiz omurgalıların ve çeşitli omurgasız türlerinin genomlarında benzer diziler aradı. Diğer tüm çeneli omurgalı sınıflarında (kuşlar, balıklar, sürüngenler ve amfibiler) benzer diziler belirlediler, ancak çenesiz omurgalılarda veya omurgasızlarda benzer bir dizi bulamadılar.

Franklin, “Aksonlarımızın dürtü iletimini daha hızlı hale getirmek için evrimsel bir dürtü var çünkü daha hızlı dürtü iletimi, şeyleri daha hızlı yakalayabileceğiniz veya şeylerden daha hızlı kaçabileceğiniz anlamına geliyor” diyor.

Daha sonra araştırmacılar, RetroMyelin’in tüm çeneli omurgalıların atasına bir kez dahil olup olmadığını veya farklı dallarda ayrı retroviral istilaların olup olmadığını bilmek istediler. Bu soruları cevaplamak için 22 çeneli omurgalı türünden filogenetik bir ağaç oluşturdular ve RetroMyelin dizilerini karşılaştırdılar. Analiz, RetroMyelin dizilerinin türler arasında olduğundan daha benzer olduğunu ortaya çıkardı; bu da RetroMyelin’in yakınsak evrim süreci yoluyla birçok kez edinildiğini gösteriyor.

Ekip ayrıca RetroMyelin’in balıklarda ve amfibilerde miyelinasyonda işlevsel bir rol oynadığını gösterdi. Zebra balığı ve kurbağaların döllenmiş yumurtalarındaki RetroMyelin gen dizisini deneysel olarak bozduklarında, gelişen balık ve iribaşların normalden önemli ölçüde daha az miyelin ürettiğini buldular.

Araştırmacılar, çalışmanın, genomun kodlamayan bölgelerinin fizyoloji ve evrim açısından önemini vurguladığını söylüyor. Ghosh, “Bulgularımız, retrovirüslerin genel anlamda evrimi yönlendirmede nasıl rol oynadığını keşfetmek için yeni bir araştırma alanı açıyor” diyor.

Bu yazı sciencedaily sitesinde yayınlanmıştır.