Gen fadesinin Dzenlenmesi Gen fadesinin Dzenlenmesi Geliimin ya

Gen İfadesinin Düzenlenmesi

Gen İfadesinin Düzenlenmesi • Gelişimin ya da hayat döngüsünün herhangi bir aşamasında bir hücrede ifade edilen gen ürünlerinin miktar ve ifade zamanlarının geri döndürülebilen mekanizmalarla kontrolüdür.

Vücuttaki her hücre aynı DNA’ya sahiptir!. . . • Hücreler nasıl birbirinden farklı olabilir ? themindperspective. files. wordpress. com www. pellinglab. net/image_gallery/vinculin. jpg www. ladinfo. org/wbc-rbc-large-B. jpg

Gen ifadesinin Düzenlenmesi 1. Sürekli olarak yapılan bir ürünün üretiminin baskılanması - BASKILANABİLİR sistem: Genellikle hücre bir ürünü üretir, ancak ürüne ihtiyacı yoksa üretimi durdurur. 2. Sürekli üretilmeyen bir ürünün yapımının uyarılması (indüklenmesi) - İNDÜKLENEBİLİR sistem: Hücre, her zaman üretmediği bir ürünü ihtiyacı olduğu durumlarda üretebilir.

• Gen ifade sistemleri POZİTİF ya da NEGATİF kontrol altında çalışabilir ve her tip İNDÜKLENEBİLİR ya da BASKILANABİLİR sistemlerle bağlıdır.

Santral Dogma Replikasyon DNA Transkripsiyon RNA Translasyon Protein

Gen ifadesinin düzenlenmesi değişik basamaklarda olabilir • DNA ya da kromatin yapısının yapısal ve kimyasal modifikasyonu • Transkripsiyon • RNA transportu (taşınımı) • m. RNA yıkımı • Post-transkripsiyonel modifikasyonlar • Translasyon • Post-translasyonel modifikasyonlar

DNA Modifikasyonu • DNA Metilasyonu • Prokaryot ve ökaryotlarda gen ifadesinin baskılanması için genelbir mekanizmadır. • DNA metiltransferaz enzimi – S-adenozil-metiyonin’den bir metil grubunun Sitozin’in 5. karbon atomuna transferini katalizler. www. cellscience. com/reviews 7/Taylor 1. jpg

DNA Modifikasyonu • Histon modifikasyonları chemistry. gsu. edu/images/nucleosome. jpg

• Histon asetilasyonu, Histon deasetilasyonu • HATs, HDACs missinglink. ucsf. edu/. . . /images/acetylation. png

• Histon Metilasyonu • HMTs www. bioscience. org/2009/v 14/af/3466/fig 1. jpg www. kapplerlab-munich. de/images/methylation. jpg

TRANSKRİPSİYON SEVİYESİNDE KONTROL • Transkripsiyonun ne zaman olacağı ve ne kadar RNA molekülü yapılacağının kontrolüdür. • Gen ifadesinin kontrolünde en önemli paya sahiptir.

Transkripsiyonun başlaması Transkripsiyon bir genin 5’ ucuna yakın yerleşimli “promotör” bölgesinden başlar. TATA proteini promotöre bağlanır ve diğer Transkripsiyon faktörlerini bulunduğu yere yönlendirir. TATA bağlanma proteini Promotör DNA GG Transkripsiyon faktörü Transkribe olacak gen dizisi TATA CCC TATA box Transkripsiyon başlar Transkripsiyon kompleksi, promotör bölgesinde tam olarak oluştuğunda transkripsiyon işlemi başlar.

• Spesifite faktörleri: RNA polimerazın promotora bağlanma affinitesini değiştiren proteinlerdir (Örn: Sigma faktörü) • Bazal faktörler: RNA polimeraz enzimine bağlanan ve transkripsiyonu başlatan proteinlerdir. • Represörler: RNA polimerazın promotor bölgeye ulaşmasını engellerler. • Aktivatörler: RNA polimeraz-promotör etkileşimini arttırırlar.

Gen ifadesinin Düzenlenmesi: Nasıl cevap verildiğine göre 2 aşamada özetlenebilir 1. Sürekli olarak yapılan bir ürünün üretiminin baskılanması - BASKILANABİLİR sistem: Genellikle hücre bir ürünü üretir, ancak ürüne ihtiyacı yoksa üretimi durdurur. 2. Sürekli üretilmeyen bir ürünün yapımının uyarılması (indüklenmesi) - İNDÜKLENEBİLİR sistem: Hücre, her zaman üretmediği bir ürünü ihtiyacı olduğu durumlarda üretebilir.

• Gen ifade sistemleri POZİTİF ya da NEGATİF kontrol altında çalışabilir ve her tip İNDÜKLENEBİLİR ya da BASKILANABİLİR sistemlerle bağlıdır.

OPERON MODELİ • Operon: Tek promotörün kontrolü altında bulunan ve çok sayıda genin ifadesini düzenleyen bir sistemdir. • Bir polisistronik m. RNA ve onun düzenleyici elementlerinden meydana gelir askoti. com/. . . /uploads/2009/09/lac-operon. gif

Bir Operonun Bileşenleri • Promotör: RNA polimerazın bağlanma bölgesini içeren özel dizilerdir. • Operatör: Yapısal genlerin fonksiyonlarını denetleyen özel dizilerdir. • Represörler: Operatöre bağlanarak transkripsiyonu baskılayan proteinlerdir. • Aktivatörler: Operatöre bağlanarak transkripsiyonu uyaran proteinlerdir. • Kodlayıcı diziler: m. RNA’yı oluşturan dizilerdir.

İNDÜKLENEBİLEN SİSTEM: LAKTOZ (Lac) OPERONU β-galaktosizdaz: Laktozu glukoz ve galaktoza ya da allolaktoza katabolize eder. β-galatozid permeaz: Laktozun hücreye alınmasını sağlar. β-galatozid transasetilaz: Laktoz metabolizması sonucu açığa çıkan atıkların uzaklaştırılmasını sağlar.

Laktoz operonunun NEGATİF düzenlenmesi • Lac I geninin kodladığı protein Lac operonunun promotorundaki operatör bölgeye bağlanır ve RNA polimerazın ilerlemesini engeller. • Lac l, Lac represör (baskılayıcı) protein olarak da bilinir. • Represör protein, allosterik (şekil değiştirme) olarak kontrol edilebilen bir proteindir ve “inducer” (laktoz) olarak bilinen bir molekül için bağlanma bölgesine sahiptir. • Bağlanma olduğunda, baskılayıcının bağlanma özellikleri değişir bu da operatorün açık kalmasına neden olur

Laktoz (-) The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ; c 2000

Laktoz (+) The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ; c 2000

Laktoz (+) NEGATİF İNDÜKSİYON The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ; c 2000

Laktoz operonunun POZİTİF düzenlenmesi • Glukoz laktoza göre daha çok tercih edilen bir şekerdir. Glukoz varsa hücre glukozu kullanır, glukoz yoksa ve laktoz varsa enzimlerle laktozu parçalayarak kullanır.

• Olağan şartlarda, lac operonu RNA polimeraza karşı yüksek bir ilgiye sahip değildir, baskılayıcı olmasa da lac promotörüne yakın bir başka bölge (cap bölgesi) katabolik aktivator proteine (CAP) karşı ilgiye sahiptir. • Sadece CAP proteini cap bölgesine bağlandığında RNA polimeraz lac promotörü için yüksek ilgiye sahip olur ve çok hızlı transkripsiyon gözlenir. • Hücrede glukoz konsantrasyonu düştüğünde, hücrede c. AMP konsantrasyonu yükselir (açlık sinyali), c. AMP-CAP ile bir kompleks oluşturur. • CAP-c. AMP kompleksi cap bölgesine bağlanır ve promotör RNA polimeraz için daha çekici olur. • Hücrede glukoz konsantrasyonu yüksekse, c. AMP konsantrasyonu düşüktür. Bu durumda CAP ile kompleks yapmak için az sayıda c. AMP vardır CAPc. AMP kompleksi oluşamadığı için RNA polimerazın promotöre ilgisi azalır.

Laktoz operonunun POZİTİF düzenlenmesi

SORU 1. 2. 3. 4. Glukoz (-), Laktoz (+) Glukoz (-), Laktoz (-) Glukoz (+), Laktoz (+) durumlarında lac operonunda bulunan genlerin ifadelerini irdeleyiniz…

CEVAP 1. Glukoz (-), Laktoz (+)

CEVAP 1. Glukoz (-), Laktoz (+) EKSPRESYON YAPILIR

CEVAP 2. Glukoz (-), Laktoz (-)

CEVAP 2. Glukoz (-), Laktoz (-) EKSPRESYON ENGELLENİR

BASKILANABİLİR SİSTEM: TRİPTOFAN (Trp) OPERONU • Triptofan amino asitinin sentezi için gerekli olan 5 geni içerir www. nature. com/. . . /images/nbt 1204 -1502 -F 1. jpg

Trp Operonunun Düzenlenmesi 1. Represör/operatör ilişkisi ile 2. Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) olur.

Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (+) • Hücrede trp varsa, trp’nın bir kısmı serbest olan trp. R geni ürünü REGÜLATOR PROTEİN’e (R) bağlanır ve onu aktive eder. • R-trp kompleksi trp operatorüne karşı yüksek affiniteye sahiptir. İlişki kurduklarında, RNA polimerazın ilerlemesini bloke ederler ve transkripsiyonu durdururlar. Operon “kapatılır”.

Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (+)

Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (-) • Hücrede Trp konsantrasyonu çok azaldığında, Trp, regulatör proteinden ayrılır, R proteini operatöre karşı olan affinitesini kaybeder ve ayrılır. • RNA polimeraz ilerleyerek, Trp sentezinden sorumlu 5 genin transkripsiyonunu yapar.

Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (-)

Trp operonunun düzenlenmesi: Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) düzenlenme

Trp operonunun düzenlenmesi: Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) düzenlenme Ortamda trp miktarı fazlaysa ve hızlı translasyona yetecek t. RNAtrp varsa, ribozom bölge 1 -2’yi kendiliğinden örter. 3 -4 bölgeleri ise İLMEK yapar. Sentezi başlamış olan transkriptin RNA polimeraz ile ilişkisi kesilerek transkripsiyon durdurulur. YÜKSEK Triptofan Miktarı The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ; c 2000

Trp operonunun düzenlenmesi: Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) düzenlenme Ortamda hazır bulunan triptofan yetersizse, uygun t. RNAtrp oluşturulması gerekir. Bu sırada ribozom, t. RNAtrp oluşturulmasını beklerken bir gecikme olur ve bu arada 2 -3 bölgeler İLMEK yapar. 3. Bölge, 4 ile İLMEK yapamaz ve RNA polimeraz transkripsiyona devam eder. DÜŞÜK Triptofan Miktarı The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc. ; c 2000

m. RNA’nın işlenmesi seviyesinde kontrol Ekzon İntron Ekzon DNA • İntron olarak adlandırılan ve protein ürününe dönüşmeyen diziler kesilerek çıkartılır • Sitoplazmada parçalanmalara karşı korunması için 5’ ucuna G-G kapakçığı, 3’ ucuna poli-A kuyruğu takılır. Kapakçık ve kuyruğa sahip m. RNA Transkripsiyon Introns removed Kuyruk Ekzonlar birleştirilir m. RNA Kodalayıcı dizi NUKLEUS SİTOPLAZMA

m. RNA’nın işlenmesi seviyesinde kontrol • Eğer m. RNA işlenmemişse nükleustan sitoplazmaya transfer edilemez ve translasyonu yapılamaz. • Bir gen ile ilgili olarak farklı hücre ve doku tiplerinde intronların çıkartılıp, ekzonların uç-uca birleştirilmesi sırasında farklı alternatif ürünler ortaya çıkabilir. Bu işleme alternatif-ayıklanma (alternative splicing) adı verilir.

m. RNA’nın “uzun ömürlülüğünün” kontrolü • Transkribe edilen bir m. RNA molekünün sentezinden yıkımına kadar geçen süre m. RNA’nın ömrü olarak ifade edilir. • Farklı genlere ait m. RNA’ların ömürleri birbirinden farklıdır. Bir kısım m. RNA’lar kısa ömürlü iken, bir kısım m. RNA’lar ise daha uzun ömürlüdür. • Bir m. RNA’nın ömrü o m. RNA’nın ne kadar protein ürününe dönüştürüleceğini etkiler. • Yapılan çalışmalarda bir transkriptin 3’ UTR’sinde (translasyona uğramayan bölgesi) ne kadar çok AUUUA dizisi var ise o transkriptin ömrünün o kadar kısa olduğu gösterilmiştir.

Gen İfadesinin Translasyon Seviyesinde Kontrolü • Çok sık kullanılan bir kontrol sistemi değildir. • m. RNA’nın translasyonu birden fazla mekanizma ile kontrol edilebilir. • En çok kullanı, translasyonun başalaması seviyesinde gerçekleşir. – Küçük ribozomal alt birimin m. RNA’ya yönlendirilmesi – Antisense RNA’lar ----

Antisense RNA

Gen ifadesinin post-translasyonel modifikasyonlar ile düzenlenmesi • Bir polipeptidin (proteinin) sentezi fonksiyonel proteinin üretimine eşdeğer değildir. • Bir çok protein hücre içinde doğru yerleşim ve fonksiyonları için post translasyonel modifikasyonlar denilen sentez sonrası değişikliklere maruz kalır Polipeptidin kullanılır hale gelmesi için: – Polipeptidin son üç boyutlu konformasyonuna katlanması – Polipeptit zincirlerinin bir araya gelmesi (çoklu alt birimden oluşuyorsa) – Kesim, karbohidratların ve lipitlerin kovalent bağlanması gibi daha ileri değişimlere girmesi gerekmektedir.

Gen ifadesinin post-translasyonel modifikasyonlar ile düzenlenmesi • • Glikozilasyon Asetilasyon Metilasyon Fosforilasyon Prenilasyon ADP-ribozilasyon ----