NSAN GENOM PROJES ve GENOM ORGANZASYONU NSAN GENOM

İNSAN GENOM PROJESİ ve GENOM ORGANİZASYONU

İNSAN GENOM PROJESİ • İnsan Genom Projesi (HGP), insan genom dizisini belirlemek ve içerdiği tüm genleri tanımlamak için yürütülen uluslararası bir proje! 2

İnsan Genom Projesi (1986 -2005) 1. 2. 3. 4. 5. 6. ABD Enerji Bakanlığının, insanda radyasyonun neden olduğu DNA hasarlarının ölçülmesiyle ilgili bir pilot projeyle başladı, daha sonra Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) katıldı. İnsan Genom projesinin Amaçları Genom Haritalaması DNA Dizi Analizi Model Organzimaların incelenmesi Genom analizleri: Elde edilen verileri toplamak, depolamak ve isteyen her araştırmacıya sunabilmek için gereken yazılım ve alt yapıyı oluşturmak. Verileri analiz etmede kullanılmak üzere teknolojiler geliştirmek. İnsan genetik araştırmalarının etiksel, hukuksal ve sosyal boyutlarını araştırmak Bu proje ile kazanılan teknikleri özel sektörün hizmetine sunmak ve oluşan kaynakları ve alt yapıyı insan sağlığını gelişirmede kullanacak bilim adamları yetiştirmede kullanmak. 18. 12. 2021 3

• Proje 1990 -2003 • HGP, Amerika merkezli bir proje olmakla beraber dünya üzerinde birçok laboratuvar projeye katkıda bulunmuştur. 4

Celera Genomics • 1998 yılında kuruldu. • Kurucu: Dr. J. Craig Venter • Hedefi : Bağımsız olarak katıldığı projeye, ileri gelişmiş teknolojileri kullanarak insan genomunu hızlı dizilemek. • 4 Eylül 2007'de, Craig Venter kendi DNA dizisinin tümünü yayınlamıştır. 5

• İnsanlardaki 24 kromozumu (22 otozom, 2 cinsiyet kromozomu) oluşturan yaklaşık 3 milyar baz çiftinin dizisini çıkarmak ve • ilk başta 80. 000 ile 100. 000 arasında olduğu düşünülen insan genlerini dizilemek, tanımlamak ve haritalamak için 3 milyar dolar bütçeli 15 yıllık bir plan hazırlanmıştır. 6

HGP Diğer Ana Amaçları • Tüm insan genleri için işlevsel kategoriler oluşturmak • İnsanlar arasındaki genetik varyasyonları analiz etmek • Deneysel genetikte kullanılan (bakteri, maya, halkalı solucan, meyve sineği ve fare gibi) model organizmaların genomlarını dizilemek ve haritalamak, • Genom analizlerini kolaylaştırmak için yeni dizileme yöntemlerini geliştirmek • Bilim adamları ve halka genom bilgisini paylaşmak • Projenin tamamlanmasıyla ortaya çıkabilecek etik, yasal ve sosyal sorunlara çözümler ortaya konulması (ELSI programı) ELSI : Ethical, Legal and Social Implications 7

• İnsan genom projesi Shotgun dizileme yöntemi kullanılarak 3 yıllık bir sürede bitirilmiştir. 8

9

10

1990 - İnsan Genom Projesinin başlangıcı. ELSI oluşturuldu. 1991 - Kistik fibroz geninin (CFTR) haritalanması, 1995 - Haemophilus influenza sıralanan ilk bakteri genomu oldu. 1997 - E. coli genomu dizilendi. 1998 - Celera Genomics firması 3 yıl içinde projenin tamamlanacağını duyurdu. 1999 - 22. kromozom dizilenmesi tamamlandı. 2000 - Drosophila melanogaster genom dizisi belirlendi. 26 Haziran 2000 tarihinde U. S. Başkanı Clinton liderliğinde bir araya gelen proje yürütücüleri, çalışmanın yaklaşık % 95’inin tamamlandığını açıklamışlardır. 2001 - İnsan Genomunun ilk taslağı yayınlandı. 2003 - Proje tamamlandı. 11

12

PROJE SONUCUNDA; • İnsan genomu 3, 1 milyar nükleotitten oluşur fakat protein kodlayan diziler genomun %1. 5 -2’sine karşılık gelmektedir. • İnsan genomu, ilk başta tahmin edilen 80. 000 -100. 000 genden çok daha az sayıda, yaklaşık 20. 000 gen içermektedir. • Proje sonucunda insan genlerinin yarısının fonksiyonunun bilinmediği ortaya çıkmıştır. • Üzerinde en fazla gen bulunan kromozom 1 no’lu kromozomdur. • Y kromozomu en az sayıda geni barındırır. • Tüm milletlerdeki bireylerin genom dizileri yaklaşık %99, 9 benzerdir. • Kişiler arasındaki genom çeşitliliğin nedeni SNPler ve kopya sayısı varyasyonlarıdır (CNVler). 13

HGP sonucu ortaya çıkan bilgilerin kullanım alanları; • • Tıpta, Enerji ve çevre alanlarında, Biyoantropoloji alanında, Tarım, hayvancılık, ıslah ve biyoişlemler alanlarıdır. 14

İnsan Genom Organizasyonu (HUGO) Nükleer Genom Mitokondriyal Genom İnsan Genomu 15

16

Mitokondriyal Genom • İnsanlarda mitokondrial DNA (mt. DNA) 16. 569 baz çiftlik, çift iplikli, kapalı dairesel yapıya sahip bir DNA molekülüdür. • 37 gen içerir. Bu genlerden 13 tanesi mitokondrial elektron taşıma zinciri için gerekli olan polipeptidleri kodlar. 22 t. RNA ve 2 tane de r. RNA genleri vardır. (Mc. Kinney ve Oliveira, 2013) 18

İnsan mitokondrial DNA’sı ve üretim için gerekli olan gen bölgeleri (Phillips vd, 2014) 19

• Her bir hücre çok sayıda mitokondriye ve her bir mitokondri de 2 -10 adet kopya mt. DNA molekülüne sahiptir. • Mitokondrial DNA’nın iki ipliğinden biri ağır (H), diğeri hafif (L) iplik olarak adlandırılır. • Ağır (H) ve hafif (L) iplikler farklı yönde transkribe edilir, replikasyon orjinleri farklıdır ve farklı ürünler kodlar. • Mutasyon hızı oldukça yüksektir. (mt. DNA’nın etkili bir tamir mekanizmasından yoksun olması , histon gibi koruyucu proteinlerin görülmemesi, yüksek mutajenik etkiye sahip oksijen radikalleriyle fiziksel ilişki içerisinde bulunması vb. ) • mt. DNA maternal olarak kalıtım sergiler. . Yani sadece anneden gelir. Bunun nedeni sperm hücresinde mitokondrilerin, döllenmede yumurta ile birleşmeyen kuyruk kısmında bulunmalarıdır. 20

Memelilerdeki nükleer ve mitokondrial DNA’nın kalıtımı 21

• mt. DNA, boyutu küçük ve elde edilmesi kolay olması nedeniyle bir çok moleküler yöntemin (DNA dizileme, PCR, RFLP, SSCP, SNP, vs. ) kullanımına elverişlidir. 22

Nükleer Genom • İnsan genomu toplam 3. 1 milyar DNA baz çifti uzunlukta, • Yaklaşık 20 -25. 000 gen, • Sadece %1. 5 -2’si protein kodlar, • Bireyler arasında %99. 9 benzerlik, • Y kromozomu en az gene sahip, • Kromozom 1 ise en fazla gene sahip, • Genomun %50’den fazlası ise tekrar dizilerinden oluşur. 23

• Genom dinamiktir. • Genomun en az %50’si LINE ve Alu dizileri gibi hareket eden elementler ve diğer tekrarlayan DNA dizilerinden köken almaktadır. 24

Genler ve genle ilişkili diziler • ~ 20. 000 – 25. 000 gen • Bir insan geninin ortalama boyutu gen düzenleyici bölgeler, intronlar ve ekzonlar da dahil olmak üzere ~ 25 kb’dır. • Ortalama olarak, insan genleri tarafından üretilen m. RNA’lar ~3. 000 nt uzunluğundadır. • Birçok insan geni, alternatif splays ile birden fazla protein üretmektedir. 25

• İnsan genleri, Drosophila gibi omurgasız genomlarındaki genlerden daha büyüktür ve daha fazla intron içerirler. • Bilinen en büyük insan geni, bir kas proteini olan distrofini kodlamaktadır. • İnsan genlerindeki intronların sayısı 0 (histon genlerinde) ile 234 ( bir kas proteini olan titini kodlayan gende) arasında değişmektedir. 26

Kodlamayan DNA (180 Mb) Kodlamayan DNA, bir proteindeki amino asit dizisine karşılık gelen bilgi içermeyen DNA'dır. Psödogenler işlevsel genlerin çalışmayan evrimsel akrabalarıdır, bunlar protein kodlama yeteneklerini kaybetmiş veya artık hücre içinde ifade edilmemektedir. Bir gende kodlayıcı bölgeler arasında bulunan herhangi bir DNA segmenti. İntronler transkribe edilir fakat RNA ürününden çıkarılırlar ve genin kodladığı polipeptidde yer almazlar. Psödogenler genomdan atılmakta olan genetik malzemenin son aşaması olduğu düşünüldüğü için çöp DNA olarak sayılır Psödogen Gen Fragmanları İntronlar 27

Kodlayan ve Düzenli DNA (90 Mb) RNA Kodlayan Tek Kopya Genler Genom başına bir kopyası bulunan DNA Kodlayan Gen Aileleri Evrimsel süreçte, ortak atasal bir genden duplilasyonla ve dizi ayrılığı yoluyla türemiş olan yakından ilişkili birçok gen. Paralog genler genelde farklı yapı ve işlevi olan proteinler kodlarlar. Buna karşın ortolog genler farklı canlı türlerinde bulunan benzer işlevli proteinleri kodlar ama bunlar bir türleşme olayı sonucu meydana gelmişlerdir. 28

29

Tekrarlayan DNA (420 Mb) • Haploid bir genom içinde bir çok kopya halinde bulunan DNA dizileri. 30

Ardarda tekrarlanan DNA dizileri • Bu diziler ardışık halde çok sayıda tekrardan oluşan kısa DNA dizilerdir ve genomda belli bölgelerde kümelenmiş halde bulunurlar. Satellit DNA (uydu DNA olarak da adlandırılır) çok kere tekrar eden nükleotit dizilerinden oluşan bir DNA'dır. Bu şekilde adlandırılmasının nedeni, kısa DNA dizilerinin tekrarlanması sonucu adenin, sitozin, guanin ve timin içeren nükleotitlerin sıklığının değişmesi ve bu bölgelerin yoğunluğunun geri kalan DNA'dan farklı olmasıdır. 31

32

Minisatellit • Minisatellitler tekrar birimi 25 bç olan 20 kb uzunluğa kadar kümeler oluşturur. • İnsanda 5’-TTAGGG-3’ motifinin yüzlerce kopyası bulunan telomer DNA’sı bir minisatellit örneğidir. Mikrosatellit • Mikrosatellit kümeleri ise daha kısadır, genellikle 150 bç’den daha az ve tekrar eden birim genellikle 13 bç ya da daha küçüktür. • En yaygın insan mikrosatellit çeşidi genomun bütününde yaklaşık 140. 000 tekrarı bulunan ve bunların yaklaşık yarısı ‘’CA’’ motifinin tekrarları olan iki nükleotit tekrarlarıdır. 33

Serpiştirilmiş tekrar DNA dizileri • Diğer bir tekrarlanan DNA sınıfı, ardına tekrardan ziyade bireyde genom boyunca serpiştirilmiş olan dizilerden oluşur. • Kısa veya uzun olabilirler ve çoğu hareketli olan ve genomda bir bölgeden diğer bölgeye yer değiştirebilen hareketli diziler (transposable sequences) sınıfına girer. • İnsan genomunun büyük bir kısmı bu tür dizilerden oluşmuştur. 34

• Serpiştirilmiş tekrarlayan DNA dizileri, uzunluklarına göre iki alt kategoriye ayrılırlar; • SINE-LINE • 500 bp’den az diziler SINE’ler (short interspersed nuclear elements; serpiştirilmiş kısa çekirdek elementleri) olarak adlandırılır. İnsan genomunda 1. 500. 000 kez ya da daha fazla bulunabilir. • İnsanda en iyi belirlenmiş SINE, olarak isimlendirilen yakından ilişkili dizi takımıdır. • Yaklaşık 300 nükleotit uzunluğunda olan Alu dizisinden insan genomunda yaklaşık bir milyon adet bulunur. 35

• 500 bp ve daha uzun dizilimler ise LİNE’ler (long interspersed nuclear elements; serpiştirilmiş uzun çekirdek elementleri) olarak adlandırılır. • Çoğunlukla ~ 6 kb uzunluktadır. • İnsan genomunda ortalama 850. 000 kez bulunur. • İnsanlarda en göze çarpan örneği L 1 ailesidir. Bu dizi ailesinin üyeleri 6. 400 baz çifti uzunluğundadır ve bir tahmine göre yaklaşık 500. 000 kez tekrarlanır. 5’ uç kısımları çok değişkenlik gösterir ve genom içindeki rolleri henüz belirlenmemiştir. 36

• Transpozonlar iki büyük gruba ayrılırlar ; • 1 -DNA Transpozonlar 2 -Retrotranspozonlar Geniş bir konak çeşitliliğine sahiptir. DNA transpozonları ‘’kes-veyapıştır’’ mekanizmasıyla yer değiştirir. ü Her iki uçta da uzun terminal tekrarlar içerir. ü Retrovirüslere çok benzerler ama virüs olarak paketlenmesini sağlayan env genine sahip değillerdir. Retrotranspozonlar, kopyala-ve-yapıştır Mekanizmasıyla taşınırlar. Transpozisyon mekanizmalarına ve yapılarına göre iki sınıfa ayrılır: LTR retrotranspozon LTR’siz restrotranspozonlar Uzun terminal tekrarları yoktur ve 3’ucunda bir poli(A) dizisi vardır. 37

38

Genomun bir kitap olduğunu hayal edin; – Kromozom denilen 23 bölümü var – Her bölümde gen denilen binlerce hikaye – Her hikaye ekson denilen paragraflardan oluşur ve bunlar intron denilen resimlerle bölünür. – Her paragraf kodon denilen kelimelerden oluşur. – Her kelime baz denilen harflerle yazılmıştır. 39

KAYNAKÇA • • https: //dergipark. org. tr/tr/downl oad/article-file/496230 • https: //dergipark. org. tr/tr/downl oad/article-file/34142 Genetik Kavramlar Bölüm 21 : Genomik , Biyoinformatik ve • Proteomik Genomlar 3 –Nobel Akademik Yayıncılık Temel Moleküler Biyoloji- Palme • Yayınevi http: //www. bilimteknik. tubitak. g • ov. tr/sites/default/files/posterler /insan_genom. pdf • https: //prezi. com/p/p 8 puzajb 4 w m 1/insan-genom-projesi/ https: //slideplayer. biz. tr/slide/11 877528/ Mc. Kinney E. A. , Oliveira M. T. , 2013. Replicating animal mitochondrial DNA. Genetics and Molecular Biology, 36, 308 -315. Ayhan, A. , Özkan, A. , Fışkın, K. , 2004. Mitokondrial DNA ve kanser. Türk Hematoloji. Onkoloji Dergisi, 14, 232 -240. https: //tr. wikipedia. org/wiki/Tra nspozon http: //www. thd. org. tr/thd. Data/u serfiles/file/molhem_01. pdf http: //www. mku. edu. tr/files/967 -7 cc 2470 b-563 b-4946 -8 a 67 bb 42493 e 28 f 1. pdf 40

41