Genom Yapısal ve Sayısal Mutasyonlar

Genom Sayısal ve
Yapısal Mutasyonlar
Prof. Dr. Fatma Savran
Oğuz
• Organizmanın haploid hücredeki tüm gen ve
gen dışı bölgelerinden oluşan kalıtsal
maddenin tamamı
• Genom bir kişinin taşıdığı tüm genetik bilgidir.
Bu da tüm kromozomlarındaki DNA dizilerin
tümüne karşılık gelir.
Genom; organizmadaki genetik materyal.
Gen; özgül bir protein üretimi için gerekli bilgiyi
kodlayan DNA parçasına gen denir.
İnsanlar arasındaki farklılıkların çoğu
genomlarındaki farklılıklar ile açıklanabilir.
Uluslararası İnsan Genom Projesi'nin
tamamlanması sonrasında
HapMap Projesi, İnsan Genomu Çeşitlilik
Projesi ve nihayetinde 2500 insan
genomunun dizilenmesini amaçlayan 1000
Genom Projesi başlatılarak insan genomları
arasındaki farklılıkların kataloglanması
amaçlanmıştır. Bunların haricinde Çin, Kore,
İrlanda, Hollanda başta olmak üzere bazı
ülkelerde ulusal projeler başlatılmıştır
İnsan Genom Projesi
• insan genom projesi (International Human
Genome Sequencing Consortium 2001, 2004
• Han Çinli genomu (Wang et al., 2008),
• Güney Afrika genomu (Schuster et al. 2010),
• Koreli genomu (Ahn et al., 2009; Kim et al.,
2009),
• Çin, Avrupa ve Amerika Birleşik
Devletleri'ndeki bilim adamlarının ortaklaşa
başlattıkarı 1000 Genom Projesi (1000
Genomes Project Consortium, 2010)
İnsan Genom Projesi
• İnsana özel fenotiplerin (dış görünüş,
davranış gibi) temelini oluşturan genetik
çeşitliliğin belirlenebilmesi, insan
genomunun ayrıntılı bir şekilde
anlaşılmasında yatmaktadır.
• İnsan genotip-fenotip ilişkisinin tamamıyla
anlaşılması bir insan bireyinin DNA
diziliminin tamamıyla belirlenmesi ile olur.
Genom Varyasyonları
Bazı gerçekler?
• Herhangi iki bireyin DNA dizisi %99.9
aynıdır.
• %0.1= ~3x106 nükleotid farklılığı sağlar ve
kalan %0.1 kişiyi farklı kılar
• varyasyonlar :
– Zararsız olabilir (fenotipte değişiklik)
– varyasyonlar kendisi için zararlı olmayıp bazı
şartlarda kodlayan bölgei ve regülator
bölgedeki ortaya çıktıklarında bazı şartlatlar
altında hassasiyet yaratabilirler
• Genetik Polimorfizm:
Bireyler, gruplar veya populasyonlar
arasındaki DNA dizisindeki farklılıklar
• Genetik Mutasyon:
DNA molekülünün nükleotid dizisindeki
değişiklik bir çeşit genetik polimorfizm
• Polimorfizmler,mutasyonlardan
populasyonda daha yüksek sıklıkta
varyant aleller olarak bulunmalarıyla
ayrılırlar.
• Mutasyonlar hastalık nedeni olabilir.
• Polimorfizmler hastalık nedeni değildir,
ancak hastalığa yatkınlık nedeni olabilirler.
Polymorfizm
• DNA polimorfizm standart bir referans ile
karşılaltırıldığında bir dizi farklılığıdır.
• Populasyonun en az % 1–2 sinde
bulunur
• Polimorfizmler tek bir baz veya binlerce
baz olabilirler .
• Polimorfizmler fenotipik etki gösterir veya
göstermezler.
Polymorfik DNA Dizileri
• Polymorfizmler tüm genom boyunca
bulunurlar
• Polymorfik diziler lokasyonu bilinirse
diğer genlerin veya genetik bölgelerin
lokasyonları için bir genetik marker olarak
kullanılabilirler
• Her bir polimorfik markerın farklı
versiyonları veya alleleri vardır
Polymorfik DNA Dizi Tipleri
• RFLP: restriction fragment length
polymorphisms
• VNTR: variable number tandem repeats
(8 ile >50 baz çifti)
• STR: short tandem repeats (1–8 baz çifti)
• SNP: single-nucleotide polymorphisms
Short Tandem Repeat
Polymorphisms
STR allelleri parça uzunlukları Southern
blot ile analize edilirler .
One repeat unit
Allele
M 1 2 M
Restriction site
Allele 1
GTTCTAGCGGCCGTGGCAGCTAGCTAGCTAGCT GCTGGGCCGTGG
CAAGATCG CCGGCACCG TCGATCGATCGATCGA CGACCCGGCACC
tandem repeat
Allele 2
GTTCTAGCGGCCGTGGCAGCTAGCTAGCT GCTGGGCCGTGG
CAAGATCG CCGGCACCG TCGATCGATCGA CGACCCGGCACC
SNP = Single Nucleotide Polymorphism
( SNiP)
SNP nedir?
•
• SNP ler DNA üzerindeki tek baz
değişikliğidir geniş populasyon
çalışmalarında %%1 den fazla olduğu
görülmüştür.
SNP’lerin dağılımı
~ 25,000
non-synonymous cSNPs
~ 50,000
synonymous cSNPs
~ 25,000
regulatory region SNPs
~ 50,000
intragenic non-coding SNPs
~ 50,000
distributed intergenic SNPs
SNP ile ilişkili databases
Androgen Receptor Mutation Database
Ataxia-Telangiectasia Mutation Database
Breast Cancer Mutation Database
Cystic Fibrosis Mutation Database
Cytokine Polymorphism Database
dbSNP
Factor VIII Database
Fanconi Anemia Mutation Database
GM2 Gangliosidoses Database
Human Ornithine Transcarbamylase Database
Human Type I and Type III Collagen Mutation Database
Hypertension Candidate Gene SNP Database
SNP haritaları
SNP Profilleri
• Her bir bireyin genomu farklı SNP paternleri
içerir.
• İnsanlar SNP profillerine göre gruplandırılırlar.
• SNP profilleri insanların ilaç tedavisine cevabı
tanımlamak için çok önemlidir.
• Bazı SNP ler ve tedaviye spesifik cevap
arasında bir korelasyon olabilir.
SNP ve hastalıklar
• Epidemiyolojik ve biyomedikal araştırmalarda
farklı populasyonlardan hasta ve sağlıklı kontrol
gruplarında SNP tayini ve karşılaştırılması
yapılmaktadır.
• Kanser türleri, kardiyovasküler hastalıklar,
alzheimer, migren gibi.
• Çeşitli hastalıklara özgü SNP profilleri
çıkarılmıştır. Bu profiller kullanılarak hastalıklara
yatkınlık taraması yapmak mümkündür
Gen mutasyonu sadece tek
bir geni etkiler
Transkripsiyon
Translasyon
DNA dizisi
↓
mRNA dizisi
↓
Polipeptid
DNA (antisense strand)
mRNA
Polypeptide
Normal gen
GGTCTCCTCACGCCA
↓
CCAGAGGAGUGCGGU
Codons
↓
Pro-Glu-Glu-Cys-Gly
Amino asit
antisense strand mRNA transkripsiyonu
için kalıp DNA yı oluşturur.
Mutasyon: Baz çifti değişikliği
Substitisyon
Normal gen
GGTCTCCTCACGCCA
↓
CCAGAGGAGUGCGGU
Kodon
Pro-Glu-Glu-Cys-Gly
Amino asid
Substitisyon
GGTCACCTCACGCCA
↓
CCAGUGGAGUGCGGU
↓
Pro-Arg-Glu-Cys-Gly
Örn ( sickle cell anaemia)
Baz çifti değişimleriyle meydana gelmiş mutasyonlar
genellikle sızıntılı tipte olur. Mutant genin normal işlevi bir
ölçüde devam edebilir.
Mutasyon: Inversion
Genin çok küçük bir bölümünü etkiler
Normal gene
GGTCTCCTCACGCCA
↓
CCAGAGGAGUGCGGU
Codons
↓
Pro-Glu-Glu-Cys-Gly
Amino acids
Inversion mutation
GGTCCTCTCACGCCA
↓
CCAGGAGAGUGCGGU
↓
Pro-Gly-Glu-Cys-Gly
Mutasyon: Yeni bir çiftinin yapıya
girmesi (Adisyon)
frame shift mutasyon: Çerçeve kayması mutasyonu
Normal gene
GGTCTCCTCACGCCA
↓
CCAGAGGAGUGCGGU
Codons
↓
Pro-Glu-Glu-Cys-Gly
Amino asit
mutasyon
GGTGCTCCTCACGCCA
↓
CCACGAGGAGUGCGGU
↓
Pro-Arg-Gly-Val-Arg
Mutasyonun meydana geldiği noktadan itibaren gendeki tüm okunma
çerçevesi değişeceği için genin ürünündeki değişiklik çok fazla olacaktır.
Mutasyon: Delesyon
frame shift mutasyon
Normal gen
GGTCTCCTCACGCCA
↓
CCAGAGGAGUGCGGU
Codons
↓
Pro-Glu-Glu-Cys-Gly
Amino acids
Delesyon
GGTC/CCTCACGCCA
↓
CCAGGGAGUGCGGU
↓
Pro-Gly-Ser-Ala-Val
Mutation
Codon Change to DNA
sense strand
Change in
Amino Acid
S (sickle cell
anaemia)
6
GAG to GTG
Glu to Val
C (cooley’s
syndrome)
GSan Jose
6
GAG to AAG
Glu to Lys
7
GAG to GGG
Glu to Gly
E
26
GAG to AAG
Glu to Lys
MSaskatoon
63
CAT to TAT
His to Tyr
MMilwauki
67
GTG to GAG
Val to Glu
OArabia
121
GAA to GTA
Glu to Val
© 2010 Paul Billiet ODWS
Sickle Cell Anaemia
Sickle cell anemia
Image Credit: http://explore.ecb.org/
Blood smear (normal)
Image Credit: http://lifesci.rutgers.edu/~babiarz/
Eksilme/delesyon
• Kromozomda
eksilme,tek bir kırılma
ile ya kromozomun uç
kısmında
• (terminal delesyon
)ya da iki kırılma ile iç
kısmında olabilir
(interstisyel
delesyon).
Kromozomal Hastalıklar
1.Delesyon
2. Duplikasyon
3. Inversiyon
İki kromozom ile ilişkili hastalıklar
Insersiyon
• Genetik materyal diğer
kromozoma eklenir
Translokasyon
• Materyal-karşılıklı değişme olur
Eksilme/delesyon
• Bir kromozomun kopan parçasının
kaybolması ile oluşan kromozom
anomalisidir.
• DNA yapısından bir veya daha fazla
nükleotid baz çiftinin eksildiği
mutasyonlara “delesyon” adı verilir.
Eksilme/delesyon
• Delesyonda orijinal DNA dan baz ya da
bazlar kaybedilir.
• Sentromeri olmayan kopan parça başka
bir kromozoma bağlanmaz, yok olur.
Hücre bölünmesine katılamaz.
• Sitoplazma içerisinde kalan kromozom
parçası enzimlerin etkisiyle kendini
oluşturan ana birimlere kadar parçalanıp,
kaybolur.
Translokasyon
• Homolog
kromozomlardan
kopan parçaların
birbirlerine
bağlanmasına
“translokasyon” denir.
Translokasyon/philedelphia
kromozomu
• Kronik Miyelositer Lösemide, kan
hücrelerinde “ Philadelphia kromozomu ”
denilen kalıtsal olmayan bir genetik
anormallik görülür.
Translokasyon/philadelphia kromozomu/KML
46,XY,t(9;22)(q34;q11.1)
Duplikasyon/artma
• Bir kromozomun bir parçasının o
kromozomda iki veya daha fazla sayıda
tekrar halinde bulunmasına “duplikasyon”
denir.
Duplikasyon/artma
• Duplikasyon, mayoz bölünme sırasında
sinaps yapan kromozomlar arasında eşit
olmayan krossing over sonucunda
oluşabilir.
• Veya mayoz bölünme öncesinde bir
replikasyon hatası ile oluşabilir.
Anöploidinin Oluş Nedenleri
• Bu hatalar hem mitoz hemde mayoz bölünmede
olabilir.
• MİTOZ BÖLÜNMEDE:
• MAYOZ BÖLÜNMEDE:
Kromozom sayısının değişmesinondisjunction