TRANSKRPSYON Dr Llfer TAMER GM ME Tp Fak

TRANSKRİPSİYON: Dr. Lülüfer TAMER GÜMÜŞ MEÜ Tıp Fak. Tıbbi Biyokimya AD 1 Sağlık Slaytları http: //hastaneciyiz. blogspot. com

Bir organizmanın genetik yapısını DNA da bulunan d. NTP dizeleri belirler ve bu bilginin ifade edilmesi ise (Protein sentezi) RNA lar ile sağlanır. 2

DNA nın belli bölgelerinden genetik bilgi, kopyalanarak RNA moleküllerine aktarılır. Transkripsiyonda DNA çift sarmalından birisi kalıp olarak kullanılır ve bu kalıbın belli bir bölgesi kopyalanır. İnsülin Geni İnsülin 3

Transkripsiyon, DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (m. RNA, t. RNA, r. RNA…. . ) şeklinde kopyalanması veya yazılması olayıdır

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 Trans anim 1 5

Gen ifadesinin düzenlenmesi çeşitli aşamalarda olur: 1) Primer transkriptlerin oluşumu 2) Primer m. RNA’dan matür (olgun) m. RNA oluşumu 3) m. RNA’nın sitoplazmaya geçişi 4) m. RNA’nın yıkılımı 5) Protein sentezi 6) Proteinlerin posttranslasyonal modifikasyonu 7) Protein yıkılımı

Gen ifadesinin transkripsiyon düzeyinde düzenlenmesi için operon modeli tanımlanmıştır. Kromozomlardaki genler, fonksiyonlarına göre çeşitlere ayrılabilirler: 1) Yapısal genler; m. RNA’yı oluştururlar 2) Operatör genler; yapısal genlerin fonksiyonunu denetlerler 3) Promotör genler; üzerinde RNA polimeraz bağlanma bölgesi ve c. AMP+reseptör protein bağlanma bölgesi olmak üzere iki bölge içerirler 4) Düzenleyici genler; operonu uzaktan kontrol ederler

Prokaryot hücrede gen ifadesinin düzenlenimi, Transkripsiyon düzeyinde, indüksiyon ile düzenlenim Represyon ile düzenlenim olmak üzere iki şekilde olabilir

Ökaryotlarda ise, genellikle translasyon düzeyinde ve daha az olarak transkripsiyon düzeyinde olur Translasyon düzeyinde kontrol, nicel kontroldür; feedback inhibisyon; İnhibitörün birikmesi, başlama kompleksinin oluşmasını bloke eder ve protein sentezini azaltır. m. RNA üzerinde ribozomların yoğunluğu ile sağlanır; m. RNA üzerinde ribozomların yoğun olması sentezlenen proteinin miktarını artırır

Transkripsiyonun önemli bir özelliği, oluşan RNA ların daha sonra bazı değişimlere (posttranskripsiyonel) uğramasıdır. *RNA zinciri uçlarına bazı grupların eklenmesi (Cap ve Pol A) *Bazların değiştirilmesi *Bazların çıkarılması *RNA nın bazı yerlerden kırılması (Exon çıkarılması) Bu işlemler sonucunda inaktif primer RNA, daha işlevsel İnaktif Primer RN bir molekül haline dönüşür. (Het Nükleer RN İşlevsel RNA 10

RNA *r. RNA *t. RNA *m. RNA **sn. RNA : Eksonların birleştirilmesini kolaylaştırır ve hızlandırır. 11

r. RNA: (%80) Ribozomlarda bulunan RNA dır. Değişik proteinler ile birlikte r. RNA lar ribozomları oluşturur. Prokaryotlarda; 23 s, 16 s, 5 s Ökaryotlarda; 28 s, 18 s, 5 s 12

t. RNA: (%15) 3 major RNA arasında en küçük olanıdır (4 s). Proteinlerin yapısında yer alan 20 aminoasidin herbirine özgü bir t. RNA vardır. Her t. RNA kendisine özgün a. a di taşır 13

m. RNA: (%5) Kep 5’ tercüme Poli A edilmeyen bölge kodlayan bölge 5’ 3’ edilmeyen 3’ İşlevsel m. RNA 14

REPLİKASYON TRANSKRİPSİYON *Birbirinin aynı iki DNA üzerinde belirli bir gen *DNA Polimeraz RNA polimeraz *d. NTP DNA Pol RNA Pol (d. NMP)n+d. NTP (d. NMP)n+1 Ppi (NMP)n+NTP (NMP)n+1 Ppi *A-T G-C A-U G-C *Primer gerektirir Gerektirmez *Temlat DNA 15

Bir RNA molekülü, DNA’yı kalıp olarak kullanarak ribonükleotidlerin ( ATP, GTP, CTP ve UTP- ) pirofosfatlar ayrılması suretiyle) polimerizasyonu sonucunda, 5 3 yönünde sentezlenir

Nükleotid dizelerinde bazı sinyaller bulunur ve bu sinyaller RNA polimerazın nerede ve ne sıklıkla transkripsiyona başlayacağını ve transkripsiyonun nerede sonlanacağını gösterir. 17 İnternet DNA rep 4

ÖKARYATİK RNA POLİMERAZ ENZİMİ *Genin başlangıç noktasına yapışır ( promotor bölge) Prokaryotlarda ‘’ Pribnow kutusu’’ TATAATG Ökaryotlarda ‘’Hognes kutusu’’ TATAAAG 18

RNA polimeraz enzimi, DNA nın transkripsiyona uğrayacak gen kısmının başında bulunan nükleotid dizesini (promotor bölge) tanır. Sonra DNA yı bir kalıp olarak kullanır ve buna komplementer bir RNA oluşturur. Complementer RNA 19

Sonra genin son kısmında bulunan DNA dizelerini (sonlandırma bölgesi) tanır ve transkripsiyonu sonlandırır. *Bitiş noktası ise T bakımından zengindir. 20

Transkripsiyonu sağlayan RNA polimeraz enzimi çok alt birimli bir enzimdir. RNA Polimeraz I 28 S, 18 S, 5. 8 S r. RNA Polimeraz II m-RNA Polimeraz III t-RNA Polimeraz. IV Mitokondride Bakterilerde ise bir cins RNA polimeraz enzimi bulunur. Bu enzim DNA replikasyonu için gerekli RNA primerleri dışında bütün RNA ları sentezler. RNA primerleri ise primaz ile sentezlenir. 21

RNA polimeraz, sigma faktörü ile birlikte holoenzim oluşturur. Sigma ( ) faktörü, DNA üzerinde bulunan promotör bölgeyi tanıyarak RNA polimerazın DNA’ya bağlanmasına yardım eder 22

m-RNA kalıp (templat) DNA zincirine antiparalel 5’-3’ sentezlenir. GC AU ile eşleşir. 23

Promotordan sonlanma bölgesine kadar uzanan DNA kısma transkripsiyon birimi denir. RNA polimeraz tarafından sentezlenen ürüne de primer transkript adı verilir. Transkripsiyon birimi Primer transkript 24

m-RNA SENTEZİ BASAMAKLARI *DNA templatına RNA Polimerazın bağlanması *Sentezin başlaması *Zincir uzaması • Sentezin tamamlanması ve enzimin DNA dan ayrılması (sonlanma) 25

Hem prokaryotlarda hem ökaryotlarda RNA molekülünde ilk ribonükleotid, bir pürin ribonükleotididir. RNA polimeraz DNA molekülü boyunca ilerlerken uygun bazlı ribonükleotid trifosfatların kalıp kolun nükleotidlerine ulaşmasını sağlamak için DNA heliksi 17 baz çifti kadar açılır

Sentezin başlaması: DNA transkripsiyonu yapılacak genin genellikle başında bulunan ve o genin özel bir bölgesine (Promotor) RNA polimerazın bağlanması ile transkripsiyon başlar. 27

Uzama: Holoenzim bir kez promotor bölgeyi tanıyıp oturduktan sonra transkripsiyona başlar ve sigma alt birimi enzimden ayrılır. RNA polimeraz DNA polimeraz gibi bir primere gereksinim göstermez. Ayrıca RNA polimerazın endo ve ekzonükleaz aktivitesi yoktur. Bu nedenle DNA polimeraz gibi hataları onarmaz. 28

RNA polimeraz ribinükleotidtrifosfatları kullanarak uzayan zincire her bir nükleotid ilavesinde bir pirofasfat açığa çıkar. RNA polimeraz çift heliksin sarmalları arasında ilerlerken, sarmalları bir miktar iter. 29

Sonlanma: Uzama işlemi sonlanma sinyaline kadar devam eder. 30

Sonlanma iki şekilde olabilir. Rho ile Rho dan bağımsız sonlanma: Saç tokası şekli ( palindromlar) 31

RNA’nın Posttranskripsiyonel Modifikasyonu Transkripsiyon sonunda oluşan RNA’lar primer RNA’lar diye adlandırılırlar ve genellikle hemen kullanılmazlar; RNA processing diye tanımlanan bazı işlemlerden geçtikten sonra işlev görebilecek olgun RNA’lar haline gelirler Ribonükleazlar (ribozom yapısında bazı proteinler, ribozimler) nükleotitleri kopararak bu değişimleri gerçekleştirir. 32

Ribozomal RNA; Prokaryot ve ökaryotlarda ribozomal RNA “preribozomal (45 S) RNA” halinde sentezlenirler. Preribozomal RNA, RNAazlar ile kırılarak 28 S, 18 S ve 5. 8 S’lik ribozomal RNA kısımları oluşur. 33

Primer t. RNA’nın işlenmesi, prokaryotlarda ve ökaryotlarda birbirine benzer

Transfer RNA; Uzun molekül halinde sentezlenir ve kısaltıldıktan sonra Nükleotidiltransferaz enzimi aracılığı ile 3’ ucuna CCA dizini eklenir 35

m RNA Primer m. RNA transkriptine heterojen nükleer RNA (hn m. RNA) denir. Hn m. RNA’nın uğradığı modifikasyonlar ise; *Poly A kuyruğu *Başlık (7 metil guanozin) *Exonların uzaklaştırılıp, intronların birleştirilmesi İnaktif Primer RN (Het Nükleer RN İşlevsel RNA 36

5’ ucunda şapka oluşumu; 7 -metil guanozin m. RNA’nın 5’ ucuna guaniltransferaz enziminin katalizlediği reaksiyon ile eklenir-metil grubu vericisi Sadenozil metionindir (SAM) Şapka oluşumu protein sentezinin başlamasına yardımcı olur. Translasyonu hızlandırır. Şapkası olmayan ökaryatik m-RNA ların translasyonu verimli olmaz. 37

• 3’ Ucuna Poli A Eklenmesi; 3’ ucuna Poli A polimeraz ile 40 -200 adenin nükleotidi eklenir. m. RNA dayanıklılığını ve çekirdekten çıkış hızını arttırır. Sitoplazmada zamanla kısalır. 38

İntron Uzaklaştırılması; intron protein kodlamayan exon protein kodlayan dizinlerdir. İntronlar uzaklaştırılarak exonlar birleştirilir ve olgun m. RNA oluşur. Küçük nükleer ribonükleoprotein yapısındaki proteinler (sn. RNA) exon birleşmesini kolaylaştırır ve hızlandırır. 39

40

m-RNA sitoplazmaya geçer ve protein sentezini gerçekleştirir. (Leninger movie 1001 -Transkripsiyon) 158701 m. RNA 41

Çoğu kanser tedavisinde kullanılan bazı antibiyotikler transkripsiyonu inhibe etmektedirler Actinomycin D, prokaryotlarda ve ökaryotlarda, guanin bağlanması üzerine etkilidir. Daudonomycin ve distamycin A, prokaryotlarda ve ökaryotlarda, DNA üzerine etkilidirler Rifampicin, prokaryotlarda RNA polimeraz inhibitörüdür amanitin, ökaryotlarda RNA polimeraz inhibitörüdür

BAZI RNA TİPLERİ Tip Kısalltma İşlev Dağılım Mesajcı RNA m. RNA Protein Kod. Tüm Canlılar Ribozomal RNA r. RNA Protein Sentezi Tüm Canlılar Taşıyıcı RNA t. RNA Protein Sentezi Tüm Canlılar Ters Anlamlı RNA a. RNA Gen Düzen. Tüm Canlılar Küçük enterfarnscı RNA si. RNA Gen Düzen. Çoğu Ökaryot Mikro RNA mi. RNA Gen Düzen. Çoğu Ökaryot Küçük nükleer RNA sn. RNA Çeşitli Ökaryot Küçük nükleolar RNA sno. RNA'nın çekirdekte mod Ökaryot Ribonükleaz P RNaz P t. RNA erginleşmesi Ribonükleaz MRP RNaz r. RNA erginleşmesi, DNA Tüm Canlılar 43 Ökaryotlar

Mikro. RNA (mi. RNA) • 1993, İlk mi. RNA Lee ve ark tarafından bitkilerde tanımlandı • 2001, mi RNA terimi ilk olarak kullanıma girdi • mi. RNA'ların varlığı çeşitli bitki ve hayvanlarda teyid edilmiştir • Micro. RNA lar türler arasında oldukça benzerlik gösterir 44

Genel Özellikler-1 • mi. RNA yaklaşık 21 -23 nükleotid uzunluğunda • İnsan genomu 1000 mi. RNA kodlamaktadır • Bir çok hücre tipinde bulunurlar ve farklı hücrelerden farklı mi. RNA lar expresse edilir • Anormal mi. RNA üretimi çeşitli hastalıklar ile bulunmuş olup mi. RNA tedavileri araştırma aşamasındadır 45

Genel Özellikler-2 • Gen ifadesini transkripsiyon sonrası düzenlerler • mi. RNAlar hedef m. RNA’ya tam ya da kısmi şekilde bağlanarak m. RNA’ların parçalanmasına ya da protein üretiminin baskılanmasına yol açarlar. 46

Genel Özellikler-3 • Kodlamayan RNA’lardandır (DNA’dan transkripsiyonu yapılan ama proteine çevrisi yapılmayan genler tarafından kodlanır. ) • Haberci “messenger” RNA’lardan farklı olarak protein sentezine neden olmazlar. • mi. RNA'lar kendilerini tamamlayan bir grup proteinle (mikroribonükleoproteinler = mi. RNP) birlikte işlev görürler 47

Genel Özellikler-4 • Pri-mi. RNA olarak adlandırılan primer transkriptler işlenerek, önce pre-mi. RNA (prekürsör) adlı kısa sap-ilmik yapılarına, sonra da fonksiyonel mi. RNA'ya dönüşürler. 48

(Başlık) 1 (Poli A) 2 (Exportin-5) 3 (RNA Pol II) (Primer Transkript) (Prekürsör mi. RNa, 70 nükleotid, sap ilmik) 4 5 6 mi. RNA sentez Aşamaları 49

Bir mi. RNA bir veya daha çok m. RNA'yı tamamlayıcıdır (komplemanterdir) • mi. RNA hedef m. RNAdaki komplementerliğine göre; – ya translasyonel represyona (protein çevirisini engeller) – ya da hedef m. RNAnın yıkılmasına (RNA interferansa benzer 50 bir süreçle) yol açar.

1. mi. RNA Transkripsiyonu ve primi. RNA Oluşumu • mi. RNa lar hem kendi genleri hemde intronlar tarafından üretilirler • Transkripsiyon genellikle RNA Pol II tarafından gerçekleştirilir (Bazı mi. RNA’lar RNA Pol III) • Transkripsiyon sonrası oluşan ürün pri-mi. RNA (Primer transkript) olarak isimlendirilir 51

• 2. Pre-mi. RNA Oluşumu Mikroişlemci protein kompleksi ("Microprocessor" complex ) • Drosha adlı nükleaz (Klass 2 RNase III enzim) ve Pasha adlı çift iplikli RNA bağlayıcı protein (insan DGCR 8 - Di. George Syndrome Critical Region 8) • Drosha kompleksi, RNA molekülünü uç ilmikten yaklaşık 22 nükleotit uzaktan keser • Oluşan ürün pre-mi. RNA (Prekürsör mi. RNA), 70 nükleotid • Bir pri-mi. RNA’dan 1 -6 mi. RNA oluşur 52

3. Nükleer Transport • Nucleocytoplasmic shuttle Exportin-5 – Karyopherin ailesinden (importer, exporter) – Enerji bağımlı olup, GTP (Ran. GTP) kullanır 53

5. mi. RNA oluşumu • Sitoplazmaya transfer edilen mi. RNA Dicer ve partner protein ile (Drosophila R 2 D 2, insan TRBP) saç tokası yapısını keser ve iki ipliği açar 54

6. mi. RISC (RNA Induced Silencing Complex) Oluşumu • mi. RNARISC oluşumu • RISC, micro. RNA ribonucleoprotein complex (mi. RNP) • Nukleaz aktiviteli bir RNAmultiprotein kompleksidir • • • 500 k. Da Yapısında endonukleaz, eksonukleaz ve helikaz bulunur 55

RISC ; argonaute proteinleri • Mi/si. RNA’ya homoloji gösteren m. RNA’yı parçalar. • m. RNA’nın translasyonunu inhibe ederek geni susturur 56

mi. RNA Fonksiyonları • Gene ekspresyonun post-transkripsiyonal regülasyon, • Metabolik regülasyon (mi. R-375 & insulin sekresyonu), • Akçiğer, kasların, uzuvların morfogenezinde • Tümör oluşumu, • Konakçı-patojen etkileşimi (immünogenetik işlevi), • Hücresel gelişim, Differansasyon, Proliferasyon, • Apoptozis 57

mi. RNA Belirleme Yöntemleri • real time RT-PCR Analiz • Northern blot Analiz • mi. RNA Mikroarray 58

mi. RNA ve Hastalıklar • mi. RNA hücrelerin normal bir çok işlevinde görevli bir molekül olduğu için • mi. RNA’lardaki kusurlar sonucu görevini yerine getirememesi çeşitli hastalıklara neden olabilmektedir. • Mi. RNA ların rol oynadığı gösterilen hastalıklar • Kanser • Kardiyovasküler bozukluklar • İnflamatuvar hastalıklar • İnfeksiyonlar • Gelişimsel bozukluklar • Musküler bozukluklar • Nörodejeneratif hastalıklar 59

mi. RNA ve KANSER • Mir-103 ve 107 primer pankreatik tümörlerde artmış ekspresyonu • Mir-21, panreatik Ca (%80) benign tümörlere (%20) daha fazla eksprese olduğu • mi. R-143 ve mi. R-145 seviyeleri Kolon Ca ile bağlantılı • mi. R-17 -92; Akciğer kanseri • Mir-13 ve mi. R-17; Lösemi • Mir-1 ve 133 kardiyak hücre gelişimi, ve olgunlaşmasını kontrol ettiği belirlendi • mi. RNA’ların (mir-122 ve 92) geleneksel karaciğer serum markerı olan ALT’den daha 60

KANSERİN ERKEN TANISINDA MOLEKÜLER ALTYAPI LABORATUVARININ OLUŞTURULMASI (Bu proje Çukurova Kalkınma Ajansı ve MEÜ BAP Tarafından Desteklenmektedir) Bu projede Mersin ve Adana da yaşayan kanser riski taşıyan gruplarda kanserin erken tanısı İçin kullanılabilecek bir kanser belirteci olan mikro. RNA düzeylerinin incelenmesi hedeflenmektedir. 61

KORONER ARTER HASTALIKLARINDA mi. RNA ların TANIDA ÖNEMİ (Bu proje MEÜ Tıp Fakültesi ve Boston Üniversitesi Tarafından Ortaklaşa Gerçekleştirilmektedir) 62 Sağlık Slaytları http: //hastaneciyiz. blogspot. com