16 Kasım 2015 GENOM dersi notu için TIKLAYINIZ
Transkript
16 Kasım 2015 GENOM dersi notu için TIKLAYINIZ
11/15/15 GENOMUN YAPISI Gen ve Genomun tanımı Genom Büyüklükleri DNA Dizi Tipleri Doç. Dr. Metin Aytekin www.metinaytekin.com Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı Dersin Amacı İnsan Genomunun özelliklerini kavramak 16 Kasım 2015 Genom Nedir? • Bir organizmanın kalıtsal molekülündeki nukleotid dizilerinin tümü (ökaryotlarda haploid kromozomlardaki ve organellerdeki DNA dizisi) • İnsan Genom Projesi; kromozomlar üzerindeki genleri tespit etmeyi, her bir genin ince detayına girip özelliklerini ortaya koymayı amaçlar. • Bu proje hastalıkların teşhisinden tedaviye her aşamada yol göstericidir. 1 11/15/15 p En uzun q Kromozom: Metafazda “X” şeklinde gördüğümüz yapıdır. En net metefazda gözlenir. Kromozom incelenmesi boyayarak yapılır ve bu yöntemlerden biri GİEMSA (G bandlama) yöntemidir. Hiç bir kromozomda band dizisi birbirine benzemez. Band dizisi = koyulu açıklı çizgiler. En kısa 1’i anneden İnsan Kromozomu: 46 kromozom 44 Otozom + 2 Cinsiyet kromozomu 23 çift Renk farklılıkları heterokromatin-Ökromatin bölgelerin varlığındandır. 1’i babadan Nükleozom Kromatid - K. İplik - Solenoid - Nükleozom - DNA K. İplik Solenoid Kromatid İnsan Genomu Bir ökaryot kromozomundaki DNA kromozomun kendisinden defalarca daha büyüktür. İnsandaki bir kromozomdaki DNA kromozomun kendisinden 10,000 kat uzundur? Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen İki rRNA Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) Kodlayan DNA (90Mb) Protein kodlayan Kodlamayan DNA (180 Mb) Yüksek Tekrarlanan DNA (420 Mb) RNA Kodlayan Gen aileleri Gen Kümeleri 13 Polipedtit kodlayen gen Ekstragenik DNA (2100 Mb) Pseudogen Tek genler 22 tRNA İntron Gen Frangmanları Multigen aileleri Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan DNA transpozon LTR Klasik Satallite DNA LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA 2 11/15/15 Nükleer Genom • • • • • % 1,5’u % 45-‐50’si % 3’ü %6,6’sı % 44’ü Sadece Kodlanır Transpozon Ciddi korunan belgeler HeterokromaIn Diğer korunmamış bölgeler • (Tekrar diziler çok fazla!) Gen nedir? Gen, bir RNA ( ör; r-RNA t-RNA) veya bir polipeptide kopyalanan (ekspre) DNA bölgesidir. İnsan Genom Projesinde en çok çalışılan konular Gen ifadesi (gen ekspresyonu) Genom Organizasyonu Gen Kromozom DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA) sentezi suretiyle kopyalanması veya yazılmasına transkripsiyon adı verilir Genom Transkripsiyonla RNA’ya kopyalanan, bir protein molekülüne ait genetik bilgilerin okunması veya bir protein molekülü haline çevrilmesine translasyon adı verilir Transkripsiyon ve translasyon olaylarının toplamı, gen ifadesi (gen ekspresyonu) olarak tanımlanır Yüksek Ökaryotların Gen Yapısı • İnsan genomunun sadece %1-1.5’lik kısmı protein kodlayan aktif gen GENİN YAPISI (yapısal gen) bölgesinden oluşur. • Genomun yaklaşık %25’i intronlardan oluşur ve %50’dan fazlası çeşitli tipte tekrarlayan ve dublike DNA dizilerinden oluşur. • Kalan kısım ise psödogenler, gen arasındaki tekrarlanmayan aralayıcı diziler ve mRNA’ların 5’ ve 3’ uçlarında bulunan, proteine çevrilmeyen exon dizilerinden oluşur. • Yüksek ökaryot genomlarının artmış uzunluğu, böylece daha fazla sayıda gene değil, çok miktarlarda tekrarlayan dizi ve intron varlığına Sitokin-Histon genlerde intron yok! bağlıdır. 3 11/15/15 ÖKARYOTİP GENLERİN YAPISI • Çoğu ökaryotik genler, kodlayan diziler yani EKZON lar içerirler. • Bu ekzonlar arasında İNTRONlar bulunur. • EKZON ve İNTRONların her ikisi de primer RNA elde etmek için transkrip edilirler. • Olgunlaşmış RNA (mature RNA)’nın şekillenmesi için intronlar uzaklaştırılır. Kaynak: (The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Cooper GM.) • • • • • FARE Β-GLOBİN GENİ Bu gen 2 intron içerir Bu intronlar üç ekzonu birbirinden ayırır Ekzon 1, 1’de 30’a amino asitleri kodlarken Ekzon 2, 31’den 104’e ve Ekzon 3 de 105’den 146’ya amino asitleri kodlarlar. • (The Cell: A Molecular Approach. 2nd ediIon. Cooper GM) Ökaryot genomlarındaki genetik bilgi GENOME Transkripsiyon TRANSKRİPTOM Translasyon PROTEOM Mitokondri ve kloroplast DNA’sı Genom Büyüklüğü • Ökaryot genomları, prokaryot genomlarından oldukça büyüktür. • Hücre büyüklüğüne bağlı olarak genom büyüklüğü de artar. • Ancak, genom büyüklüğü ile organizmanın karmaşıklığı orantılı değildir. Örnek: Zambak genom > İnsan genomu Çekirdek DNA’sında bulunan birçok gen mitokondri ve kloroplast için önemli işlevleri olan proteinleri kodlarlar • Bir genomda bulunan DNA miktarı, o genomun büyüklüğünü ifade eder. 4 11/15/15 GENOM BÜYÜKLÜĞÜ GENOM BÜYÜKLÜĞÜ Bakteriler Mayalar • Semender ve insan genomlarının büyüklüklerindeki fark, semenderin genomunda daha fazla gen değil daha fazla miktarda kodlanmayan DNA bulunmasını yansıtmaktadır. Bitkiler Böcekler Amfibiler Kuşlar Memeliler 106 107 108 109 1010 1011 • Şekilde İnsan Genomunun ilk çıktısı görünüyor. • Londra’da bulunan bir seri cilt kitaptan oluşmaktadır. • Büyük miktarda kodlanmayan dizi varlığı karmaşık ökaryotların genomlarının genel bir özelliğidir. • Eğer DNA zinciri düz bir çizgi şeklinde açılsa - İnsan genomunu oluşturan 46 kromozom 2 metreden daha fazla uzayabilirdi. -Eğer 100 trilyon hücreninkini açtığınızda ise bu uzunluk 182 milyar kilometreyi geçecektir. • Bu ise dünyadan güneşe gidip gelmeye yetecek materyal sağlayacaktır. [Kaynak: Centre for Integrated Genomics] Bunlar biliyor musunuz? İnsanın Genomundaki DNA Tipleri Tip I DNA: Yaşadığımız 60 saniye içeresinde Vücudunuzun ürettiği DNAları bir birine bağlasanız 100.000 kilometreyi bulur. • Tek kopya halinde bulunur ve genomun %2’sini oluşturan benzersiz DNA dizileridir. • Bunlar yapısal genlerdir. • Genlerin exon parçaları mRNA ve polipeptide çevrilir. 5 11/15/15 İnsanın Genomundaki DNA Tipleri Tip II DNA: İnsanın Genomundaki DNA Tipleri Tip III DNA’lar: • Genlerin intron parçasıdır. • Transkripsiyon yapmaz, proteine çevrilmez ve kopya • Bunlar transkribe olur fakat protein kodlamazlar. • mRNA hariç diğer RNA’ların (t-RNA, r-RNA) halinde bulunmaz. • Tip I DNA genlerine biIşik olarak bulunur ( promotör, transkripsiyonunu yapar. • Özellikle rRNA’ların transkripsiyonunu yapan kısım, tekrar bölgelerinden oluşur. enhancer vb.). • Düzenleyici görev yapar. • Genomun %5’ini oluşturur. • Tip II, DNA’lar genomunun %10’unu oluştururlar. İnsanın Genomundaki DNA Tipleri Tip IV DNA’lar: • Genoma dağılmış halde bulunur, kopyaları yoktur (tek kopya halinde), • İşlevleri bilinmiyor. İnsanın Genomundaki DNA Tipleri Tip V DNA’lar: • Tekrarlayan DNA dizileridir. • İşlevleri bilinmiyor, belli oranda tüm genoma dağılmış (gen düzenleyici), belli oranda ardışık tekrarlar halinde sentromerik ve telomerik bölgelere özgü bulunur. • Genomun %50’sin den fazlasını oluştururlar. • İnsan genomunun %25’ini oluşturur. Ökaryot genomlar • Kodlanmayan DNA dizileri içerir • İnsan genomunun %98.5’i kodlanmayan DNA oluşturur Kodlanmayan genomların görevleri nelerdir? • Gen ifadelerinin kontrolü Bir genin hangi hücrede, ne zaman, ne kadar etkileşeceğini (akIf olacağını) denetler. 6 11/15/15 İnsan Genomu İnsan Genomu Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen İki rRNA • Yaklaşık 30,000 – 40,000 gen kapsadığı düşünülmektedir. • Bu sayı E. Coli’deki miktarın sadece 10 ka^dır. Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) Kodlayan DNA (90Mb) Protein kodlayan Kodlamayan DNA (180 Mb) Yüksek Tekrarlanan DNA (420 Mb) Pseudogen Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan İntron DNA transpozon LTR Gen Frangmanları Gen aileleri Gen Kümeleri 13 Polipedtit kodlayen gen Ekstragenik DNA (2100 Mb) RNA Kodlayan Tek genler 22 tRNA Klasik Satallite DNA LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA Multigen aileleri İnsan Genomu Tekrarlayan DNA Dizileri İnsan genomunun Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen yaklaşık %50’si tekrarlayan dizilerden 2 rRNA oluşur. Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) Kodlayan DNA (90Mb) Ancak karmaşık ökaryot genomlarının daha da büyük bir 22 tRNA Ekstragenik DNA (2100 Mb) Kodlamayan DNA (180 Mb) Tekrarlayan DNA (420 Mb) Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) kısmı, çok sayıda tekrarlanan ve kodlanmayan DNA dizilerinden oluşur ve bu dizilerin değişik tipleri vardır. Protein kodlayan RNA Kodlayan Pseudogen Tek genler İntron Kümelenmiş Tekrar Dizileri Klasik Satelit Mini Satelit (yaşlaşık 10-‐30 baz çiOi) Mikro Satelit (2-‐5 baz çiOi) Gen Kümeleri DNA transposon LTR Klasik Satallite DNA Multigen aileleri LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA Kümelenmiş Tekrar Dizileri: • Bu diziler ardışık halde çok sayıda tekrarlardan oluşan kısa DNA dizilerdir ve genomda belli bölgelerde kümelenmiş halde bulunurlar. • 1-‐500 nükleoItden oluşan milyonlarca ardışık tekrarlardan oluşur ve genomun %10’unu oluştururlar. Genoma Dağılmış Tekrar Dizileri Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan Gen aileleri Bunlardan bir kısmı genomda kümelenmiş halde bulunurken bir kısmı DNA’ya dağılmış halde bulunurlar. 13Polipedtit kodlayen gen LTR (Long terminal repeats) LINE (long interspersed elements) DNA transpozon SİNE (short interspersed elements) • Ardışık kısa tekrar dizileri transkribe olmaz ve proteine çevrilmez (işlevsel geneIk bilgi taşımaz). Ancak kromozomun yapısında önemli rol oynarlar. • Kümelenmiş ardışık tekrar dizileri, ana DNA kısmından farklı bir bant oluştururlar. Bunlara (ardışık tekrar dizilerine) uydu veya satellit DNA denir ve kromozomların sentromer bölgelerinde bulunurlar. 7 11/15/15 İnsandaki satellit dizilerin bazıları pentanükleoId şeklinde bulunurlar. Böyle satellit DNA’lar, 1, 9 ve 16. kromozomun kollarında proksimal bölgede, Y kromozomunun uzun kolunun hemen hemen tamamında bulunurlar. Diğer satellit DNA’lar ise biraz daha uzun baz dizilerinden oluşmuştur. Örneğin; insan sentromeki DNA’sı α, β ve diğer üç satellit sınıfndan (satellit I, II ve III) oluşurlar. α satellit DNA’sı 171 baz çigi uzunluğunda ardışık tekrar dizilerinin çok sayıda kopyasından oluşurlar. İnsan genomunda satellit DNA’nın bir alt grubu olan mini satellit DNA’lar da bulunur. Bunların toplam dizi uzunlukları sınırlı olup birkaç kb (kilo baz çigi) uzunluğundadır. Mini satellitler az veya çok, her kromozomun uzunluğu boyunca dağılmışlardır. Farklı bireylerin genomları arasındaki varyasyonları incelemek için önemli bir moleküler araç olarak kullanılırlar. Bu nedenle bunlara DNA marker’ları da denir. Adli ^pta, kromozom analizinde, genomun haritalanmasında, kalıtsal kromozom hastalıklarının tanısında kullanım açısından önemlidir. Genoma Dağılmış Tekrar Dizileri Genoma Dağılmış Tekrar Dizilerinin Özellikleri • Bunlar satellit DNA’lardan farklı olarak genoma dağılmış halde bulunurlar. • Bu nedenle kromozomlar üzerindeki genlerin yeri sabit değildir. • Bu tekrar dizileri ardışık olmayan kısa veya uzun DNA tekrar dizilerinden oluşur. • Genoma dağılmış olan tekrar dizileri hareketli DNA dizileridir. • Bu hareketli DNA parçaları gen aktivitesinden ve genlerin düzenlenmesinden sorumludurlar. • Genom içinde hareket edebilen, hareketli DNA tekrar dizilerine transpozon denir. • Tekrar dizilerinin genom içinde bir genden başka bir gen bölgesine hareket etmesine transpozisyon denir. • Bu dağılmış tekrarlayan elemanlar, genomun büyüklüğüne büyük katkıda bulunur ve insan genom DNA’sının %50’sini oluştururlar. Genoma dağılmış tekrar dizilerin Genoma dağılmış tekrar dizilerin çeşitli çeşitli tipleri vardır: tipleri vardır: 1. SİNE (serpiştirilmiş kısa tekrar dizileri): • Genomun %13’ünü oluştururlar. • Genoma dağılmış halde olan kısa tekrar dizilerdir. • Bunlar, RNA’ya transkribe olabilir, fakat proteine kodlanmayan dizilerdir. • İşlevleri henüz bilinmiyor. • SİNE’lerin en önemli ailelerinden birisi, Alu gen familyasıdır. 500 baz çiftinden daha küçük olup genoma dağılmış halde bulunurlar. 2. LİNE (serpiştirilmiş uzun tekrar dizileri): • LİNE’ler 6-8 kb uzunluğundadır, yaklaşık 850.000 tekrarlayan LİNE dizisi vardır. • İnsan DNA’sının %21’ini oluştururlar. • LİNE’ler transkribe olurlar (RNA’ya çevrilir) ve bazıları protein kodlar ancak hücre içinde bilinen bir işlevi yoktur. • Genomda dağılmış şekilde bulunurlar. • Hareketliliği sağlayan enzimleri kodlarlar. • Retrotranspozonlardandır. 8 11/15/15 RNA Retrovirüsler ökaryot hücreleri Transpozon = Hareket edebilen infekte ederler. element = TEs Retro= RNA’dan DNA’ya genetik bilginin ters • Hareket ederler ve genom içerisindeki sayılarını arttırılar akışıdır. • Sıçrayan genler? Junk DNA (Çöp DNA)? veya genomun (kara tarafafı) bilinmeyen tarafı? Reverse transkriptaz = • Sadece Ökaryortlarda değil bakterilerde de bulunur. bir RNA veya DNA template i kullanan DNA polimeraz İki temel sınıfa ayrılırlar enzimidir. - Retrotranspozonlar - DNA transpozonlar 1. Retrotranspozonlar: Genoma dağılmış tekrar dizilerin Eklenen retrovirüs genomu çeşitli tipleri vardır: Proteaz RT Kapsid 3. Retrovirüs benzeri elemanlar: Yaklaşık 2-10 kb uzunluğundadır. İnsan Kapsid gende Mutasyon (delesyon) genomunda yaklaşık 450.000 retrovirüs benzeri eleman vardır ve insan Retrotranspozon DNA’sının yaklaşık %8’ini oluştururlar. 4. DNA transpozonlar: İnsan genomunda yaklaşık 300.000 kopya DNA transpozonu vardır ve bunlar 80-3000 baz çifti uzunluğunda olup insan Proteaz DNA’sının %3’ünü oluştururlar. hareketli DNA elemanlarının genomda hareket etmeleri 2 tipte olur: RT • Retrotranspozon virüs yapamaz çünkü kapsid proteini üretemez • Retrotranspozon kendisinden bir çok kopya üretebilir • RT = reverse transkriptaz 2. DNA transpozonlar: 1. Retrotranspozonlar: . • SİNE, LİNE ve retrovirüs benzeri elemanlar retrotranspozanlar olup RNA aracılığı ile hareket ederler. Yer değişIrmeleri ters (Revers) transkripsiyon ile olur. Transpozon mRNA Aktif enzim yok (renksiz) mRNA Aktif enzim (mor) Barbara McClintock • Revers transkriptaz enzimi kullanılır. • Öncelikle bu diziler RNA’ya çevrilir, RNA revers transkriptaz enzimi ile DNA’ya çevrilir ve bu DNA’lar genomda yeni bir bölgeye yerleşirler. 9 11/15/15 2. DNA transpozonlar: 2. DNA transpozonlar: • Bu elemanların yarısının RNA aracılığıyla hareket etmesi • DNA aracılığıyla hareket ederler. önemlidir ve bu şekilde ters transkripsiyon, insan • Bu diziler genom içinde kopyalanırlar ve tekrar genomunun %40’ından fazlasının oluşmasından sorumludur. DNA’da yeni bir bölgeye yerleşirler. Böylece • Bu tekrarlayan dizilerin büyük çoğunluğunun hücreye bir genomun yarısı, replike olmuş ve genom içinde katkısı yoktur ama bazıları gen ifadesinin düzenlenmesine DNA veya RNA aracılığıyla hareket eden, katkıda bulunur. serpişIrilmiş tekrarlayan elemanlardan oluşur. • Ayrıca gen düzenlenmesini uyararak geneIk çeşitliliğin oluşmasında önemli evrimsel rolleri vardır. İnsan Genomu Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen İki rRNA Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) Kodlayan DNA (90Mb) Protein kodlayan Kodlamayan DNA (180 Mb) Yüksek Tekrarlanan DNA (420 Mb) RNA Kodlayan Gen aileleri Gen Kümeleri 22 tRNA 13 Polipedtit kodlayen gen Ekstragenik DNA (2100 Mb) Pseudogen Tek genler Kodlayan Genler Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen İntron Gen Frangmanları Multigen aileleri Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan DNA transpozon LTR Klasik Satallite DNA LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA İnsan Genomu Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen 2 rRNA Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) Kodlayan DNA (90Mb) Protein kodlayan Kodlamayan DNA (180 Mb) Tekrarlayan DNA (420 Mb) RNA Kodlayan İntron Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan DNA transposon LTR Gen aileleri Klasik Satallite DNA Gen Kümeleri 13Polipedtit kodlayen gen Ekstragenik DNA (2100 Mb) Pseudogen Tek genler 22 tRNA Multigen aileleri LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA 10 11/15/15 İnsan Genomu Gen Aileleri Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen İki rRNA Birbirinin aynı veya benzeri olan nükleotid dizilerine sahip Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) gen kopyalarının bir araya gelmesiyle gen aileleri oluşur. Genellikle dublikasyonla meydana gelirler. Birçok gen ailesinin üyeleri DNA’da bir bölgede toplanmış bulunurken, çok az kısmı farklı kromozomlara dağılmış olarak bulunur. Bir gen ailesinin üyeleri nükleotid dizilimi Kodlayan DNA (90Mb) Protein kodlayan Kodlamayan DNA (180 Mb) Yüksek Tekrarlanan DNA (420 Mb) Pseudogen açısından diğer gen ailelerinin üyelerine göre birbirlerine benzerdir. Foksiyonel olarak özdeş olabilirler. Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan İntron Gen Frangmanları Gen aileleri Gen Kümeleri 13 Polipedtit kodlayen gen Ekstragenik DNA (2100 Mb) RNA Kodlayan Tek genler 22 tRNA DNA transpozon LTR Klasik Satallite DNA LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA Multigen aileleri İnsan Genomu Psödogenler Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen Bazı durumlarda bu gen gruplarının üyelerinin uğradığı İki rRNA mutasyonlar, mutasyona uğrayan gen üyelerini fonksiyonlarını yapamaz hale geIrir. Yapısal genlere çok benzeyen ancak fonksiyon yapamayan gen kopyalarına psödogen denir. Bu psödogenler herhangi Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) Kodlayan DNA (90Mb) Protein kodlayan Kodlamayan DNA (180 Mb) bir işlev yapmayan ancak genomun büyüklüğünü ar^ran gen kopyalarıdır. Yüksek Tekrarlanan DNA (420 Mb) RNA Kodlayan Gen aileleri Gen Kümeleri 13 Polipedtit kodlayen gen Ekstragenik DNA (2100 Mb) Pseudogen Tek genler 22 tRNA İntron Gen Frangmanları Multigen aileleri Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan DNA transpozon LTR Klasik Satallite DNA LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA İntronlar ve Eksonlar nedir? Bir genin kodlanan DNA dizilerine ekson, bir gen içinde kodlanmayan DNA dizilerine de intron denir. 11 11/15/15 İntronların işlevi? Her gende intron var mıdır? • Tam olarak aydınlatılamamıştır • DNA dizileri ekzonlardan uzundur • • İnsan genomunun %90’dan fazlası intronlardan oluşur • Bir genin eksonlarının farklı kombinasyonlarda birleşmesini yani genin farklı şekilde düzenlenmesini sağlar Farklı genlerin kombinasyonuna yol açar. Farklı genler arasında oluşan bu rekombinasyon ekson karma olarak adlandırılır. • İntronların asıl görevi gen ifadelerinin kontrol edilmesinde rol almaktadır. • Hayır, intronlar evrensel değildir. Örneğin histon protein sentezleyen genler intron içermezler. Bu da genlerin işlevsel olabilmesi için intronların şart olmadığını gösterir • Maya gibi basit ökaryot hücrelerin genlerinde intronlar bulunmaz. • Bir genin eksonlarının farklı kombinasyonlarda birleşmesini yani genin farklı şekilde düzenlenmesini sağlar İntronlar farklı genlerin kombinasyonuna yol açar. Farklı genler arasında oluşan bu rekombinasyon ekson karma, altertan5f kırpılma (splicing) olarak adlandırılır. intron Exon 1 2 Exon 1 2 Exon 1 2 Exon 3 Exon 3 Ökaryotik Kromozom Yapısı Genler, tekrarlı diziler, Replikasyon originleri (çoğunlukla ökromatin) 4 4 Protein 1 Exon 3 4 Protein 2 Exon 3 4 Protein 3 Sentromer (heterokromatin) Telomerler (heterokromatin) Alterna5f kırpılma tek bir geninin farklı proteinleri kodlamasını sağlar. Bu, gen sayısını ar^rmadan, bir organizmanın üretebileceği farklı proteinlerin sayısını armrır. Telomerler: • Ökaryot kromozomların uç bölgelerine telomer denir. • Telomer bölge, kromozom uç bölgelerinin korunmasında önemli rol oynarlar. • Doğrusal DNA moleküllerinin replikasyonu için telomer bölgeler şarmr. • Ökaryotların hemen hemen hepsinde telomer DNA dizileri benzerdir ve çok sayıda ardışık olarak tekrarlanan DNA bölgeleridir. Telomerler: • Bir telomer DNA dizisi G’ce zengin olup 6 nükleoIdten oluşur. Ör; insanlarda telomer dizisi AGGGTT’dir. • Bu diziler yüzlerce veya binlerce kez tekrarlanır birkaç kb uzunluğa erişip tek iplik halinde kromozomun uç bölgesini oluşturur. Dolayısıyla kromozomun telomer bölge tek iplikcikli bir uç (çıkın^) şeklindedir ve G’ce zengin olduğu için G çıkın^sı (ucu) olarak adlandırılır. • Telomer DNA’nın bu tekrar dizilerinin oluşturduğu çıkın^ bir ilmek şeklindedir 12 11/15/15 Telomerlerin iki ANA işlevi • Kromozomların uçlarının yıkılmasını veya birbirleriyle birleşmesini engellemek için Telomerlerin Görevleri • Telomerlerin en önemli görevi doğrusal DNA’nın uç bölgelerinin replikasyonunu sağlamak^r. • Kromozomların telomer bölgelerinde DNA pol. pirimer uç olmadığı için sentez yapamaz • Kromozom uçlarının tamamen replike olmasını sağlamak için ve dolayısıyla her hücre bölünmesinde kromozom boyları pirimer uç kadar kısalır. Telomerlerin Görevleri Telomeraz: Ancak bu problem, kromozomların telomer bölgelerinin sentezinden sorumlu olan telomeraz enzimi tarafndan çözümlenmişIr. Telomeraz enzim yapısında bir RNA ve reverstranskriptaz enzimi bulunur. Bu enzim RNA’yı kalıp olarak kullanarak reverstranskriptaz enzim aracılığı ile telomerlerin sentezini yapar. Telomerlerin korunması, hücre yaşam süresi ve üreme kapasitesinin belirlenmesinde rol oynar. Ökaryotlarda Telomerik Tekrar Dizileri • Grup Organizma • Vertebrates İnsan, fare, Xenopus • Filamentli Mantarlar Neurospora Physarum, Didymium Dictyostelium Yüksek Bitkiler Arabidopsis • Böcekler Bombyx mori • Nematodlar Ascaris lumbricoides • Algler Chlamydomonas • Telomerlerdeki tekrar dizilerini kromozomların uçlarına ekleyen enzimdir. • Bir RNA kalıbına sahip Revers Transkriptaz (Ribonukleoprotein Kompleksi) • Telomerler kısalırsa genetik bilgi kaybolabilir ve hücre ölüme gidebilir (senesens) Telomer Replikasyonu Telomerik Tekrar TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTTAGGG TTAGG TTAGGC TTTTAGG Ucu katlanmaz Telomeraz dGTP dTTP Tekrar katlanma: sıradışı G-G baz eşleşmesi Polimeraz boşlukları Doldurur 13 11/15/15 Kanser ve Telomerler • Somatik Hücreler sadece birkaç kez bölünmek için programlanmıştır • Somatik hücreler normal olarak yaşlanır, bu arada telomerler kısalır, telomeraz aktivitesi düşer • İnsan tümörlerinde, telomeraz aktivitesi normalin çok üstündedir ve hücre bölünmesi ve proliferasyona yol açar. Normal ve Anormal Telomer Fonksiyonu Normal ya da Kanser Hücresinde: Hücreler Nasıl Ölümsüz Olurlar? • Telomeraz sayesinde • Tümör Hücrelerinde Telomeraz aktivitesi durdurulursa hücreler ölür • Telomerazı kodlayan gen normal hücrelerde de vardır fakat anlatımı azdır. 3' TELOMERASE Telomeraz 5' TEP1 hTERT TEMPLATE GTTAGGGTTA INACTIVE İnaktif ACTIVE Aktif Kısalmış telomerler shortened telomeres stabil telomerler stable telomeres Hücre cellölümü senescence hücre cell survival Yaşlanma AGING yaşar Kanser CANCER 14 11/15/15 İnsan Genomu Nükleer Genom 3000 Mb ~80.000 gen 2 rRNA Genler ve Gen ilişkili dizler (900 Mb) Kodlayan DNA (90Mb) Protein kodlayan 22 tRNA Kodlamayan DNA (180 Mb) Tekrarlayan DNA (420 Mb) RNA Kodlayan Özgün ve az kopyalayan (1680 Mb) Yayılan tekrarlanan Kümelenmiş Tekrarlanan İntron DNA transposon LTR Gen aileleri Klasik Satallite DNA Gen Kümeleri 13Polipedtit kodlayen gen Ekstragenik DNA (2100 Mb) Pseudogen Tek genler Mitokondri ve yeri Mitokondriyal Genom 16,6 kb, 37 gen Multigen aileleri LİNE SİNE Minisatellite Mikro satellite DNA Mitokondri ve Kloroplast Besin ve Oksijen Enerji (ATP) Enerji kaynakları Leigh Sendromu • Mitokondriyal oksidatif fosforilasyonun bozukluğudur • 6 aya kadar sağlıklı görünür Enerji kaynakları • Yüksek plazma laktik asid, 3 yaşlarında ise genelde ölüm ile sonuçlanır. 15 11/15/15 Mitokondri ve Kloroplast <20kb Yapısı 100.000- 2 milyon baz İnsan Mitokondri Genomu • Elektron taşınması ve oksidatif fosforilasyonla ilişkili 13 protein kodlar • Organel genomunda kodlanan proteinlerin sentezi için gerekli olan 16S ve 12S rRNA’lar ile 22 tRNA kodlar Replikasyonu • Semi konservatif • Mitokondriye özel DNA polimeraz kullanır • Başlangıç için RNA primer sentez edilir • Hücre döngüsünde S evresinde sentez olur D loop Replikasyon Modeli 16 11/15/15 İlk mtDNA mutasyonu 1988 mtDNA’daki Mutasyonlar 1. PROTEIN SENTEZ GENLERIN deki mutasyonlar - tRNA, rRNA 2. PROTEİN-KODLAYAN GENLER deki mutasyonlar - Multi spesifik (LHON, NARP/MİLS) - Doku spesifik mtDNA defektleri Tek (single) delesyonlar - Kearns-Sayre syndrome (KSS) - PEO + prozimal zayıflık - Pearson sendromu (PS) tRNA genlerin nokta mutasyonları - MELAS - MERRF 17 11/15/15 2. Protein kodlayan genlerdeki defektler Leber’s hereditary optic neuropathy (LHON) Neurpathy, ataxia, retinitis pigmentosa (NARP) Mitokondri Hastalıkları Mitokondri Hastalıkları • Leber’in Kalıtımsal Optik Nöroptisi (LHON) Optik sinirlerin dejenerasyonu sebebiyle körlükle sonuçlanır. Görme kaybı genelde 15-35 yaşlar arasında ortaya çıkar. Erkekler hiç bir zaman LHON’u çocuklarına aktarmazlar Kloroplast • Leber’in Kalıtımsal Optik Nöroptisi (LHON) Bu hastaların Mitokondri DNA’sında mutasyon vardır. Bu mutasyon 11778. baz çiftindedir. Elektron taşıma kompleks I’in alt birimlerinden birini etkilemekte ve arjinin yerine histidin girmesine sebep olmaktadır. Kloroplast GENOMU Mitokondriler gibi genetik bilgilerini bakterilerden aldıkları düşünülüyor. Yine Mitokondriler gibi çembersel DNA dan oluşur. Fakat çok daha büyük ve karmaşıktır 120 ila 160 kb arasındadır ve yaklaşık 150 gen Kloroplast Genomu • Kloroplast genleri gen ekspresyonunda görevli RNA ve proteinleri kodladıkları gibi, fotosentezde işlev gören çeşitli proteinleri de kodlar. • mRNA’larının çevriminde kullanılan r ve tRNA’lar organel genomu tarafından kodlanır. 4 RNA (23S, 16S, 5S ve 4.5S) ve 30 tRNA türünü kapsar. 18 11/15/15 Ayşe Neşe Büşra Ahmet Beyza Yavuz Müge Hakan Habib Başar ZülehaOrhan a) Ayşe ve Ahmet b) Beyza ve Yavuz c) Ayşe, Yavuz, Habib ve Başar d) Ahmet, Yavuz, Habib ve Başar e) Ayşe, Neşe, Büşra ve Hakan Kaynaklar 1- The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Cooper GM 2-http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/DNA_C_Value_Paradox2-Hybridization_Kinetics.htm 3- http://www.bcgsc.ca/people/malachig/htdocs/medgen520/Block1.htm 4- http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/38872.pdf 5- Centre for Integrated Genomics Sizlere bir hayat boyu başarılar dilerim. Doç. Dr. Metin Aytekin 19