MOLEKLER BYOLOJ 4 Hafta DNA RNA ve genom

MOLEKÜLER BİYOLOJİ 4. Hafta DNA, RNA ve genom organizasyonu 1

İnsan genomunun organizasyonu İNSAN GENOMU ~3000 Mb ~20000 -25000 protein kodlayan gen 2

• Protein kodlayan diziler önce m. RNA ya transkribe olan ardından polipeptitlere translasyon gerçekleştirilen DNA dizileridir. • Genomun tam protein kodlayan gen kapasitesi, ekzomlar içinde bulunur (RNA splaysing ile intronların çıkarılması sonrası transkribe edilen ekzonlardan oluşan genom kısmı) ve ekzonlar tarafından kodlana DNA dizileri proteinlere transle edilir. • Açık Okuma Çerçeve (ORF) lerden oluşur. Bu diziler proteinler/peptitleri kodlama potansiyeline sahiptir.

• Promotorlar genellikle bir genin transkripsiyon başlangıç noktasının 200 bç yukarısında konumlanan kısa dizilerdir. Farklı bileşenlere ayrılabilirler. – Proksimal promotör bölgesi, çekirdek (öz) promotorun hemen yukarısında, genellikle 50 ila -200 bç arasında bulunan sekanstır. – ENHANCERlar: Memeliler gibi kompleks ökaryotlarda özellikle yaygın olan, ancak maya gibi basit ökaryotlarda bulunmayan veya çok zayıf bir şekilde temsil edilen pozitif transkripsiyonel kontrol elemanlarıdır. – SILENCERlar: transkripsiyon seviyesini azaltmaya yararlar. – SINIR ELEMENTLERİ (INSULATORS): Bu DNA bölgeleri, genellikle 0. 5 kb ila 3 kb arasında değişen, enhancer veya silencer ların etkilrinin yayılmasını engelleyici işlevlere sahiptirler. – RESPONSE ELEMENTS YANIT ELEMANLARI spesifik eksternal uyaranlara yanıt olarak transkripsiyonu modüle eder. Genellikle promotör elemanların yukarısında kısa bir mesafe bulunurlar (genellikle transkripsiyon başlangıç bölgesinin 1 kb'si içinde). Bu gibi çeşitli elementler spesifik hormonlara veya siklik AMP gibi hücre içi ikinci habercilere yanıt verir.

• Kodlamayan RNA (nc. RNA) proteine çevrilmeyen RNA molekülüdür. Daha az sıklıkla protein kodlamayan RNA (npc. RNA), mesajcı olmayan RNA (nm. RNA) ve fonksiyonel RNA (f. RNA) olarak adlandırılır. Fonksiyonel bir kodlamayan RNAyı transkribe eden DNA dizisi çoğunlukla RNA geni olarak ifade edilir.

RNA sınıfı Fonksiyon r. RNA 150 -5000 nükleotid micro. RNA (mi. RNA) 22 nt Gen regülasyonunda özellikle ost transkripsiyonel regülasyonda önemli görevleri vardır t. RNA 70 -80 nükleotid Piwi-bindin RNA (pi. RNA) 24 -31 nt Tekrarlarda kökenlenir, sadece germ hattu hücrelerinde ifade edilie, aşırı transpozon aktiitesini sınırlar. Küçük çekirdek RNA (sn. RNA) 60 -360 nt Splaysozom yapısında bulunur Endojen kısa arayagiren RNA (endosi. RNA) 21 -22 nt Psödogenler, ters tekrarlarda kökenlenr, somatik hücrelerde gen regülasyonunda görev alır. Küçük çekirdekçik RNA (sno. RNA) 60 -300 nt r. RNA nın olgunlaşması Uzun kodlamayan regülatör RNA (long RNA) >1 kb Gen ifadesinin düzenlenmesinde rol oynar, bazıları Xinaktivasyonuna katılır, bazıları antisens regülatörlar olarak işlev görür Küçük Kajal badi RNA (sca. RNA) Belirli sn. RNA ların çekirdekte kaja badide olgunlaşması Küçük sitoplazmik RNA lar 80 -500 nt RNA ribonükleazlar 260 -320 nt Nükleus ve mitokondride pre t. RNA yı keser

• İntron terimi bir gendeki DNA dizisi hem de RNA transkriptinde olarak ifade edilir En az dört ayrı intron sınıfı belirlenmiştir. • Translasyon olmayan bölge (UTR) bir m. RNA zincirindeki kodlama dizisi bölgeleri ifade eder. 5' tarafında bulunuyor ise 5' UTR (veya lider dizi), 3' tarafta ise 3' UTR (ya da fragman dizisi) olarak adlandırılır. karşılık gelen dizi

Gen fragmentleri sadece ekzonları içeren gen parçalarıdır. c. DNA dan oluşurlar.

• Hücrede gen ifadelerini ya da protein kodlama yeteneklerini kaybetmiş, genlerin işlevsiz akrabalarıdır. Psödogenler çoğunlukla, ürünü organizmanın yaşaması için gerekli olmayan bir gende çok sayıda mutasyonun birikmesi sonucunda oluşurlar.

• Uzun kodlamayan RNA (lnc. RNA); uzunluğu 200 nükleotidi aşan bir tür kodlamayan RNA (nc. RNA)’dır. lnc. RNAlar memeli transkriptomunda nispeten bol bulunur ve kromatin-modifiye edici enzimlerin katılımıyla gen transkripsiyonunun regülasyonunu kapsayan, çeşitli hücresel fonksiyonlara sahiptir.

• İntergenik bölge genler arasında konumlanan DNA dır. İntergenik bölgeler kodlamayan DNA birimleridir. Bazı intergenik bölgeler yakınında oldukları genleri kontrol etmek üzere görev üstlenirken, bir çoğu şu an bilinen bir fonksiyona sahip değillerdir. Bazen junk DNA olarak isimlendirilirler. • İnsanlarda, intergenik bölgeler genomun %60 -75 ini oluştururken bu sayı bakterilerde (%15) ve mayalarda (%30) daha azdır. • İntergenik bölgeler intragenik bölgelerden (intronlar) farklıdırlar. İntronlar kısa gen içerisinde bulunan kodlamayan bölgelerdir, özellikle ökaryotik genlerde bulunurlar. • Promotor ya da enhancer gibi işlevsel açıdan önemli elementleri içermezler. Ayrıca, intergenik bölgeler kodlamayan RNA lar gibi henüz tanımlanmamış genler içerebilir. Regülatör işlevleri olduğu düşünülmektedir.

Eşsiz/düşük kopya sayılı diziler 14

B 2. ORTA/YÜKSEK dereceli TEKRARLI diziler • Genomda tekrarlı diziler iki ana sınıfa ayrılır: • 1. Serpiştirilmiş elementler • 2. Ardışık (tandem) tekrarlı diziler

Serpiştirilmiş elementler • Serpiştirilmiş elementler genom boyunca yayılmışlardır ve temelde transposable elementler(TE) in dejenere kopyalarından oluşmuş tekrarlardır. Transpozisyon esnasında çoğu kez orijinal kopyayı geride bırakarak genomda yeni bir lokasyona atlar. Böylece genomda dağılırlar ve çoğalırlar. • Serpiştirilmiş tekrarlı DNA elementleri uzunluklarına göre başlıca iki alt kategoriye ayrılırlar: • LİNE ler (Long interspersed nuclear elements) • SİNE ler (Short interspersed nuclear elements) 16

• LTR ELEMENTLERİ: • LTR transpozonları otonom ve otonom olmayan retrovirüs-benzeri elementleri içermekte olup gerekli transkripsiyonel elementleri kapsayan uzun terminal tekrarlarla (LTRs) çevrilidirler.

• SINES: • SINEs (kısa serpiştirilmiş nüklear elementler; short interspersed nuclear elements) 500 bç den az dizilerdir. • Insan Alu ailesi kopya sayısı bakımından en belirgin SINE ailesidir. İnsan genomunda en bol bulunan sekanstır. Ortalama her 3 kb da görülürler. • LINES: • LINEs (long interspersed nuclear elements-uzun serpiştirilmiş-dağınıknüklear elementler) çok başarılı transpozonlardır. 500 bç den daha uzun elementlerdir. Transposable elementler kendilerini genlerin yakınına sokarak hızla yeni düzenleyici dizilimlere neden Olabilirler. Bu özellikleri ile birlikte gen regülasyonunda çok farklı etkilere sahiplerdir.

Ardışık tekrarlı diziler • Ardışık tekrarlar adli tıp çalışmalarında da kullanıldıklarından oldukça ilgi çekmektedirler. • Bu diziler bireyin DNA profillemesinde kullanılabilirler, ancak kişisel fenotipik özellikleri hakkında bilgi veremezler. • Satellitler • Mikro satellitler (STR’ler, kısa ardışık tekrarlar-SSR’lar basit dizi tekrarları) • Mini satellitler-VNTR lar (Değişken sayıda ardışık tekrarlar)

• Minisatellit DNA: Nükleer genomun önemli bölümleri üzerine dağılmış olan minisatellit DNA ardışık olarak tekrarlanan DNA dizisinin orta büyüklükte dizilim (blok) koleksiyonundan oluşur. – 10 -60 bç uzunluğundaki belirli DNA motiflerinin tipik olarak 5 -50 kez tekrarlandığı repetitif DNA sistemidir. Ardışık tekrarların toplam uzunluğu 50 bç ila 20 kb arasındadır. – Minisatellitler insan genomunda 1000'den fazla yerde bulunur ve yüksek mutasyon oranları ve popülasyondaki yüksek çeşitliliği nedeniyle dikkat çekici bölgelerdir. – Minisatelliler kromozomların telomer ve sentromerlerinde belirgindirler.

• Mikrosatellit DNA: Mikrosatellit DNA, aynı zamanda basit dizi tekrarları (simple sequence repeats (SSR)) olarak adlandırılmaktadır. Mikrosatellit DNA genellikle 10 bç’nden daha kısa (2 bç-6 bç) ardışık tekrarlı dizilere ait ardışık küçük bloklardır (array). Bu tekrarların oluşturduğu toplam uzunluk 50 -500 bç arasındadır. • En yaygın STR dizilimleri dinükleotid tekrarlarıdır.

KAYNAKLAR • Modern Moleküler Biyoloji Prof. Dr. Nihat DİLSİZ, Palme Yayıncılık, 2017 • Moleküler Hücre Biyolojisi, Prof. Dr. Hasan Veysi GÜNEŞ , 2014, istanbul Tıp Kitabevi • Moleküler Hücre Biyolojisi, 6. baskıdan çeviri, 2011, Palme Yayıncılık, Çeviri editörleri: Prof. Dr. Hikmet Geçkil, Prof. Dr. Murat Özmen, Prof. Dr. Özfer Yeşilada • Temel Moleküler Biyoloji, 2. baskıdan çeviri, Çeviri Editörü: Prof. Dr. Ali Osman Beldüz, 2014 22