ekirdek Nukleus Bir nukleusun varl karyotik hcreleri prokaryotlardan

Çekirdek (Nukleus) • Bir nukleusun varlığı ökaryotik hücreleri prokaryotlardan ayıran temel özelliktir. • Nukleus hücre genomuna ev sahipliği yapar. • Hücrenin (5 μm çapında) en büyük organelidir. Işık mikroskobunda görülebilir. • Hücrenin kontrol merkezidir.

Nukleusun Elektron Mikroskop Görüntüsü

• İnterfaz nukleusu dört kısımdan oluşur; • - Çekirdek zarı (Nükleolemma) • - Çekirdek plazması (Nükleoplazma) • - Kromatin • - Çekirdekçik (nukleolus) • Hücreler genellikle tek çekirdeklidir, bazıları (karaciğer, testisteki leydig hücreleri, malign hücreler) birden fazla çekirdek içerirler.

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

Nüklear Zarf • Nukleus içeriğini stoplazmadan ayırır ve nukleusa yapısal bir çerçeve oluşturur. • İki zarın oluşturduğu zarf moleküllerin nukleus ve stoplazma arasında serbest geçişini engeller ve böylece nükleusun farklı biyokimyasal bir bölme olarak kalmasını sağlar. • Nükleer zarfta sadece nükleer por kompleksleri ile oluşturulan kanallardan nukleus ile stoplazma arasında düzenlenmiş bir moleküler geçişe olanak tanır. • Protein ve RNA’ların nükleer pordan (kompleksinden) seçici taşınımı ; -Nukleus iç yapısının oluşmasını sağlar -Ökaryot gen ekspresyonunun düzenlenmesinde kritik rol oynar

Nükleer Zarfın Yapısı • Nükleer zar; -İki nükleer zar -Altında bir nükleer lamina ve -Nükleer por komplekslerinden oluşan karmaşık bir yapıdır. • Dış nükleer zar ER zarı ile devam eder. • Diğer hücresel zarlar gibi çift tabakalı fosfolipid yapısındadır. • Sadece polar olmayan küçük moleküller için geçirgendir.

Nükleer Zarf • İç ve dış çekirdek zarları nükleer por komplekslerinde birleşir. • Nükleer por kompleksleri, proteinlerin ve RNA’ların nukleuslastoplazma arasında geliş-gidişlerini seçici olarak kontrol eder. • İç zarın altını kaplayan nükleer lamina , nukleusa yapısal destek sağlayan ipliksi bir örgüdür. • Nükleer lamina laminler(ara flamen grubu proteinler) adı verilen ipliksi proteinler ile bunlara bağlantılı proteinlerden oluşmaktadır. • Nükleer lamina ayrıca kromatin etkileşimli proteinlerin Emerin ve Lamin B reseptörü ile etkileşimleri yolu ile kromatinle bağlantılıdır.

Nüklear zarf: iki çekirdek zarı, altında lamina tabakası ve içinde porlardan oluşan bir komplekstir. Nuklear Lamina Nükleus iç zarının hemen altında bir intermediate flaman olan nükleer laminadan oluşan fibröz bir ağ tabaka bulunmaktadır. Nükleer lamina kromozomların tutunma bölgesi ve hücre bölünmesinden sonra nükleer zarfı (nukleus iç ve dış zarı) oluşturmaktadır. 2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell Lamina, molekül ağırlığı 60 -75 k. D olan üç polipeptidden oluşur. Lamin A, B ve C olarak adlandırılan bu filamentler birbirine dik açı yapacak şekilde bir ağ oluştururlar.

Nükleus zarının yıkılması: Nükleer lamina dağılınca, nükleus zarı parçalanarak vezikülleri oluşturur. B-tipi lamin bu veziküllere bağlı kalırken, lamin A ve C serbest dimerler olarak salınır. 2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

Nukleus zarının yeniden oluşumu Nükleus zarfının yeniden yapılanmasındaki ilk basamak zar veziküllerinin kromozomlara bağlanmasıdır. Bu olay integral zar proteinleri ve B-tipi laminler aracılığıyla gerçekleşir. Daha sonra veziküller kaynaşır, nükleer lamina yeniden kurulur ve kromozomlar yoğunluğunu kaybeder. 2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

Nükleer Por Kompleksi • Küçük polar moleküllerin • İyonların • Makromoleküllerin (prot, RNA) Nukleus ile stoplazma arasında dolaştığı kanallardır. • Son derece büyük yapılardır (Ribozomun 30 katı) • Por proteinleri → Nükleoporinlerden oluşur • RNA’lar sentezlendikleri nukleustan →stoplazmaya (prot. sentezi için) • TF’leri sentez edildikleri st. →nukleusa taşınır.

• Ayrıca pekçok protein nukleus ve stoplazma arasında heriki yöne taşınır. • Kükük moleküller heriki yönde geçerken • Protein Seçici bir taşıma sayesinde geçerler. (Spesifik sinyaller aracılığıyla tanınırlar) • RNA

Nüklear Porlar • Nükleus zarında 60 -100 nm çapında porlar bulunur. Porun yapısında merkezi bir boşluğun etrafını simetrik olarak saran sekiz protein alt birim ardır. • Nüklear porlardan, küçük polar moleküller, iyonlar, protein ve RNA gibi büyük moleküller geçerler. • Por kanallarından küçük moleküller (< 20 k. D) pasif diffüzyola, makromoleküller ise enerji harcanarak geçerler.

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

Nüklear zarf ve por kompleksleri B) Elektron mikroskopta yumurta hücresi çekirdek porları A) Çekirdek zarı ve porların bir bölümü C) E. M. İç ve dış çekirdek zarı ve porlar D) Negatif boyanmış porlar Copyright © 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter; Copyright © 1983, 1989, 1994, Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson

Çekirdek porlarından moleküllerin geçişi Copyright © 2000, Geoffrey M Cooper

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

Nükleus plazması Nuklear zarf ile kromatin ağı ve çekirdekçik arasında kalan boşlukları dolduran homojen görünüşlü kolloidal sıvıdır. Bu sıvıda, çeşitli proteinler, lipidler, inorganik tuzlar ve RNA gibi maddeler bulunur.

Proteinlerin Nukleusa ve Nukleustan Seçici Taşınımı • Stoplazmadan →Nukleusa • • • -Histonlar -DNA polimeraz -RNA polimeraz -Transkripsiyon Faktörleri -Kesip ekleme fonk. • Nükleer taşıyıcı reseptör tarafından taşınır (Nüklear yerleşim sinyalleri)(Özgül aa dizileri) (Nüklear çıkış sinyalleri)

• Nukleusa giriş →importin reseptörü (Ran ile birlikte çalışır GTP bağlayıcı protein) (Nükleer taşınım yönünü belirler) • Nukleustan çıkış→ exportin reseptörü

• Proteinin taşınımı bir importinin stoplazmadaki taşınacak kargo proteinin nükleer yerleşim sinyaline (NLS) bağlanması ile başlar. Nükleer yerleşim sinyalleri: T antijeni nükleer yerleşim sinyali proteinin bir bölgesinde bulunurken, kromatin yapılanmada önemli olan nükleoplazmin proteininin nükleer yerleşim sinyali, molekülün başında ve sonunda olmak üzere iki bölgede yer almaktadır. Copyright © 2000, Geoffrey M Cooper

Proteinlerin nükleer por kompleksinden içeri alınması Copyright © 2000, Geoffrey M Cooper

Copyright © 2000, Geoffrey M Cooper Nükleustan çıkış; Nükleer çıkış sinyali (NES) içeren protein, eksportin ve Ran/GTP arasındaki kompleksler nükleusta oluşur. Nükleer por kompleksinden taşınımı takiben, Ran GAP Ran/GDP oluşturmak üzere, bağlı GTP’nin hidrolizini uyarır ve eksportinle taşınan protein sitoplazmaya serbest bırakılır. Daha sonra eksportin çekirdeğe geri taşınır.

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

RNA’ların Taşınımı • Protein sentezinde rol alan RNA’lar nukleustan stoplazmaya taşınır. • t. RNA • r. RNA Stoplazmaya taşınır (Özel exportinlerce) • mi. RNA • Ribozomal RNA’lar önce nukleolusta ribozomal proteinler ile birleşir ve yeni oluşan 60 S ve 40 S ribozomal alt birimler stoplazmaya ayrı taşınır. • m. RNA’ların nukleus dışına taşınımları karyoferin ve Ran’dan bağımsız bir mekanizma aracılığıyla gerçekleşir. • m. RNA’nın nukleusa geri taşınımı önlenir (Helikaz RNA)

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

Kromozomların Organizasyonu • Kromatin interfaz dağılmamıştır. nukleusunda gelişigüzel • Herbir kromozom nükleer zarfa zıt bölgelere tutunan sentromer ve telomerleriyle kendilerine ait bir yer işgal eder. • Herbir kromozomun nukleusun kromozom bölgeleri (chromosome territory) adı verilen farklı bölgelerde yerleştiği gösterilmiştir.

Copyright © 2000, Geoffrey M Cooper Memeli nükleusunda kromozomların organizasyonu Kromozomlar, RNA’ların taşındığı ve işlenmesinin gerçekleştirildiği kromozomlar arası bölgelerle ayrılmış ayrı bireysel alanları kaplar.

Kromatin Lokalizasyonu ve Transkripsiyonel Aktivite • Transkripsiyonel olarak inaktif heterokromatin genellikle nükleer zarfa • Transkripsiyonel olarak aktif ökromatin daha çok nuklues iç kısmına tutunmuştur. • Gence zengin kromozomlar nukleus merkezinde • Gence fakir kromozomlar nukleus çeperinde yeralmaktadır.

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

• LAD: Nükleer lamina ile ilişklili kromozomal bölgeler genellikle transkripsonal inaktif (baskılanmış) • Lamin B→Metile olmuş H 3 Lizin 5’uca bağlanır. • Emerin→Histondeasetilaz ile etkileşir • (Transkripsiyon baskılama ve kromatin yoğunlaşması ile ilişkili) • Heterokromatinin nükleer laminaya yerleşimine ek oarak nukleolusta heterokromatin ile çevrelenmiştir. • NAD: Nukleolusla ilişkili kromatin bölgeleri • (LAD ile çok benzer diziler) • Transkripsiyonel olarak inaktif genler farklı hücrelerde nükleer laminaya ya da nukleolus çeperlerine yerleşmiş olarak bulunur.

• Kromatinin fonksiyonel organizasyonunun bir diğer örneği; • Anahtar süreçlerin, bu süreçte rol oynayan proteinlerin biraraya gelerek oluşturduğu kompleks protein kümelerinde gerçekleşiyor olmasıdır. Örn: DNA replikasyonu→Replikasyon fabrikaları olarak bilinen belirli bölgelerde gerçekleşir. fabrika başına (5 -50 RO) replikasyonda görevli proteinler (konsantre biçimde bulunur) • Transkripsiyon fabrikaları RNA polimeraz ve transkripsiyon faktörlerinin kümelendiği ve çok sayıda aktif kromatin bölgesinin transkripsiyonunun gerçekleştiği yerlerdir.

Transkripsiyon Fabrikaları 2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

Kromatin • Ökaryotlarda DNA ve proteinlerden oluşan komplekslere kromatin adı verilir. • Kromatin DNA’nın yaklaşık iki katı protein içerir. • Kromatinin gevşek yapıda olan Ökromatin ve yoğun olan heterokromatin olmak üzere iki şekli vardır. Heterokromatin iki tiptir; • Yapısal (constitutive) heterokromatin: sentromerik satellit DNA dizilerinde olduğu gibi kesinlikle RNA’ya kopyalanmayan (kodlanmayan) DNA dizileridir. • Seçenekli (facultative) heterokromatin: Bir hücrede kopyalanmazken diğer hücrede RNA’ya kopyalanan dizileri içerir.

Kromatin • Kromatinin temel proteinleri, çoğunlukla bazik aminoasitleri (arjinin ve lizin) içeren ve negatif yüklü DNA’ya kolayca bağlanabilen histon proteinleridir. • Histon proteinlerinin kütlesi DNA’nın kütlesine eşittir. • DNA’nın paketlenmesini sağlarlar. • Ayrıca kromatin, histon proteinlerle eşit kütleye sahip çok çeşitli histon dışı (nonhiston) proteinler içerir. • Histon dışı proteinlerin 1000’den fazla farklı tipi vardır. DNA replikasyonu ve gen ifadesinde (transkripsiyon) görev alırlar.

Kromatin • Prokaryot genomları genellikle çembersel molekülleridir ve tek bir kromozomda bulunur. DNA • Ö. ların genomları herbiri doğrusal DNA molekülü kapsayan çok sayıda kromozomdan oluşur. • Ökaryotik DNA’sı küçük bazik proteinlerle (histon)(lizinarjinince zengin) sıkıca bağlıdır. • 2 m DNA 5 -10 mikrometre çekirdeğe sığar (insanda) • 5 tip histon proteini bulunur (H 1, H 2 A, H 2 B, H 3, H 4) • Kromatinin temel yapısal birimi nükleozomdur.

DNA’nın Paketlenmesi Kromozom Oluşumu • DNA proteinler ile sıkıca sarılarak kromatini • Kromatin ise daha fazla katlanarak paketlenerek kromozomu Kromatinin nükleozom yapısı Cooper GM. , The Cell A Molecular Approach, 2000

Kromatozomun Yapısı • Bir nukleozom kor partikülü→ histon çekirdeği çevresine sarılmış DNA’dan oluşur. • Histon çekirdeği ise→H 2 A, H 2 B, H 3 ve H 4 histonlarından herbirirnin ikişer molekülünün biraraya gelmesiyle oluşur. • Bir kromatozom →iki tam dönüşlü DNA ve onu sabitleyen bir H 1 molekülü içerir. • Kromatin nükleazlarla muamele edildiğinde 200 bp’lik parçacıklar (birimler) • H 1 ile birlikte 166 bp→ kromatozom

Kromatin Yoğunlaşmasının Düzeyi • Hücrenin yaşam döngüsü sürecinde değişim gösterir. • Bu durum gen ekspresyonu düzeyinde önemli rol oynar • İnterfazdaki bölünmeyen hücrelerde kromatinin çoğu (ökromatin) nispeten yoğun olmayan durumdadır (%10 heterokromatin) ve çekirdek içinde dağılmıştır. • Heterokromatin transkripsiyonel olarak inaktiftir. (Sentromer, telomer, inaktif X kromozomu)

• Hücreler mitoza girerken kromozomları son derece yoğun bir hal alır ve böylece yavru h. lere dağılabilirler (1000 kat metafaz) • Mitoz sırasında transkripsiyon durur. • Metafaz kromozomları boyama mikroskobunda incelenebilir. ile ışık

Nükleozom yapısı

Elektron mikroskopta nükleozomların görünümü 2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

DNA’nın paketlenmesi sonucu kromozomlar oluşur

Kromozom Yapısı 9. 6. 2021 51

9. 6. 2021 52

Telomerler • Ökaryotik kromozomların sonlarındaki telomer adlı verilen diziler kromozom replikasyonunda ve devamlılığın sağlanmasında önemli. • Telomerler önceleri kırık kromozomların Ökaryotik hücrelerde kalıcı olmamaları nedeniyle kromozom uçlarında özel diziler gerek olduğu düşüncesiyle fark edilmiştir. • İnsanda TTAGG • İnsan dahil bazı organizmaların tekrarlayan telomer dizileri kromozom uçlarında ilmek oluşturur ve kromozom uçlarını bozulmadan koruyan bir protein kompleksine (Shelterin) bağlanır.

Sentromer • Eşlenmiş kromozomların mitoz sırasında yavru hücrelere doğru biçimde dağıtılmasında kritik rol oynayan özelleşmiş kromozom bölgesidir. • Hücre DNA’sı metafaz sırasında eşlenir ve böylece mitoz başlangıcından önce herbir kromozom iki kopya halinde bulunur. • Bu kardeş kromatidler sentromerde birarada tutulur ve burası daralmış bir kromozomal bölge olarak görülür. • Mitoz ilerledikçe mitotik iğin mikrotubulleri sentromere tutunur ve iki krdeş kromatid ayrılıp iğin karşıt kutuplarına hareket ederler. • Sentromerler böylece; -Kardeş kromatidlerin birarada tutunması -Mitotik iğin mikrotubullerinin bağlanma yeri • Sentromerle ilişkili proteinler→Kinetekor adı verilen özelleşmiş yapılar oluşturur. • CENP-A →Tüm sentromerlerde bulunur kinetekor proteinlerinin biraraya gelmesi içşin (H 3)

Histon Asetilasyonu Lizinlerin asetilesyonu kromatin yapısının gevşemesine neden olur. Çünkü asetil gruplarının lizine eklenmesi bu amino asitlerin pozitif yükünü uzaklaştırır ve bunun sonucunda histon N -terminal ucun nukleozoma afinitesi azalır. Böylece asetillenmiş nukleozomlar transkripsiyonel olarak aktif kromozom bölgeleri ile ilişkilidir. Tersine, deasetillenmiş nukleozomlar transkripsiyonel olarak baskılanmış kromatin ile ilişkilidir.

Histon Metilasyonu Arjinin metilasyonu Gen aktivasyonu ile ilgilidir. Lizin metilasyonu I. Transkripsiyonel baskılama (heterokromatin organizasyonu) • H 3 K-4, -36, -79 II. Transkripsiyonel aktivasyon (ökromatin organizasyonu) • H 3 K-9, -27; H 4 K-20

Hücre mitoza girdiğinde kromatin daha da yoğunlaşarak kromozomları oluşturur

Nükleer Cisimler • Nukleusta yer alan nükleer cisimler nukleusu bölmelere ayırırlar ve özgül nükleer işlemlerde rol aynayan proteinleri ve RNA’ları konsantre etmekte görev alırlar. • Membranla yapıdadırlar. çevrili değillerdir. Dinamik • En iyi bilinen nükleer cisim r. RNA sentezinde ve ribozom üretiminde görevli olan nükleolustur.

• Diğer nükleer cisimler -Nucleolus -Cajal cismi -Policomb cismi -Nukleer Benek

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

• Nucleolus: -r. RNA’ların sentezlendiği -İşlendiği biraraya getirildiği bölgedir. • Ribozom üretim fabrikaları gibi çalışır. • Yüksek ökaryotlarda RNA genlerinin birincil transkripti 45 S pre-RNA’dır. • Bu pre-r-RNA daha sonra 18 S, 5. 8 S, 18 S ve 28 S r. RNA’ları oluşturmak üzere bir dizi kesime uğrar. • Kesilime ek olarak pre-r. RNA’ların işlenmesi süreci hem özgül riboz kalıntılarına metil grubu eklenmesi hem de ürüdün pseudoüridine dönüşmesi modifikasyonunu içerir. • (Bu işlemde snorna’lar rol alır)

Çekirdekçik (Nukleolus) • Çekirdekçik (nukleolus) çekirdek (nukleus) içerisinde yer alır. Etrafı zarla çevrili değildir. Çekirdeğe göre daha homojen bir yapıya sahiptir. • Nukleolus, r. RNA’ların sentezlendiği kısımdır. İnsanda, r. RNA genlerinin çoğu (5. 8 S, 18 S, 28 S r. RNA) 13, 14, 15, 21 ve 22 nolu akrosentrik kromozomların uç kısımlarında yer alır. 5 S r. RNA genleri ise kromozom 1’de yer alır. • Her hücre bölünmesini takiben nükleoluslar 5. 8 s, 18 S ve 28 S r. RNA ile bölgeleriyle bir araya gelirler. Bu nedenle akrosentrik kromozoların satellit bölgeleri içerdikleri r. RNA genlerinden dolayı çekirdekçiği (nukleolusu) oluşturan bölgeler olarak adlandırılır.

İnsan fibroblast hücresinde nukleolusun görünümü (E. M. görünüm)

2016 by Geoffery M. Cooper Robert E. Hausman; The Cell

KAYNAKLAR -Cooper GM, Hausman RE. , Hücre, Moleküler Yaklaşım, 3. Baskı, Çeviri Editörleri: Sakızlı M, Atabey N. 2006, İzmir Tıp Kitapevi. -The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ; c 2000. -Molecular Biology of the Cell. Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter New York and London: Garland Science; c 2002 -Güneş HV. , Moleküler Hücre Biyolojisi 2. Baskı, 2006. Kaan Kitapevi. -www. ncbi. nlm. nih. gov/books

Kromatinin alt birimleri olan nükleozomlar 200 bç. uzunluktaki DNA zincirlerinin histon proteinler ile paketlenmesiyle oluşurlar. Nükleozomlar arasındaki bağlaç DNA’ya nonhiston proteinler bağlanır.