Gelişimin evrenselliği

GELİŞİMİN EVRENSELLİĞİ
**Gelişimin temel mekanizmaları hemen tüm hayvanlarda
aynıdır.
**Gelişimin şeklini ve yönünü belirleyen moleküller
evrimsel açıdan birbirleriyle ilişkili ve benzerdir.
**Benzer proteinler birbirinden son derece farklı olan canlı
türlerinde genellikle işlevsel açıdan benzerlik gösterirler.
Farede Kullanılan Bir Sinek Proteini
Serebellum Gelişimi
• Fare proteini klonlanarak sinekte üretilmesi sağlanıyor.
• Sineğin beyin ve göz gelişimini sineğin kendi proteini kadar
doğru bir şekilde denetleyebiliyor.
• Sinek proteini aynı şekilde farede gelişimi sağlayabiliyor.
– Engrailed-1 (En-1): Gen düzenleyici protein
– Farede gen kaybı sonucu serebellum gelişemez.
– Drosofila’nın En-1 geni fareye aktarıldığında serebellum gelişimi
normal olur.
http://neuroscience.aecom.yu.edu/faculty/primary_faculty_pages/sillitoe.html
Sinekte Kullanılan Bir Yumuşakça Proteini
Göz Gelişimi
•
•
•
Eyeless proteini: Drosophila’da göz gelişiminden sorumludur. Yanlış ifade
edildiğinde hatalı göz gelişimi olur (kanatta göz gelişimi) (A).
Pax-6: Mürekkepbalığı dahil diğer bazı hayvanlarda göz gelişiminden
sorumlu benzer proteindir.
Mutant Pax-6 geninin (L. opalescens Pax-6 cDNA1) aktarıldığı sineklerde
göz gelişimi aynı şekilde hatalı olur (B).
Gelişim Biyolojisindeki çalışmalar genelde iki alanda yapılır:
1. Deneysel embriyoloji: Gelişim sırasında hücre ve dokuların izledikleri
etkileşim yollarına bakılır. Hücreler işaretlenerek izleri sürülür (Şekil.21.5).
Embriyoda hücre ya da doku aktarımı yapılır (Şekil.21.6)
2. Gelişim genetiği: Gelişim gen etkileri bakımından analiz edilir. Anormal
mutant hayvanlar oluşturulur ve gelişimleri incelenir.
Hücre Etkileşimlerinde ve Gen Düzenlenmesindeki Proteinlerin
Evrimsel Önemi
**C. elegans, D. melanogaster ve H. sapiens genomları karşılaştırıldığında bir veya ikisinin
yaklaşık genlerinin %50 benzerdir.
**Benzeşik genler hücrenin yaşamsal öneme sahip yaşamın genleridir.
**Hayvanlar vücutlarını yaklaşık aynı moleküler parçalar ve örgütlenmeler ile oluştururlar.
Bunun için iki farklı protein grubu söylenebilir):
*Hücre yapışması ve iletiminde etkili zar-geçişli proteinler
*Gen ifadesini düzenleyici proteinler
**Genomun kalan %50’si ikincil önemi olan ve türlere özgü farklılaşmayı sağlayan genlerdir.
Yanda 1500 gen için dağılım görülmektedir.
Sinyal iletiminde ve gen kontrolünde işlevi
olan genler, benzer genlerin %28 kadarıdır.
Bu türlerdeki benzer gen ve proteinlerin 1/3
kadarının moleküler işlevi henüz bilinmiyor.
Bitki hücreleri ile hayvan hücresi genomları oldukça farklıdır.
**C. elegans’da bulunan hücre reseptörleri, yapışma proteinleri ve iyon kanallarını
kodlayan genler mayada ya hiç bulunmaz ya da çok az bulunur.
**Gen düzenleyici proteinleri kodlayan genler yine mayada daha azdır.
DNA-bağlanan bir protein ailesinin C. elegans’da
D. melanogaster’de
H. sapiens’de
41
84
131 üyesi vardır.
Vücut yapısını genom belirler.
Farklı hayvan türlerinde ise temel benzerlikleri olan gen grupları
bulunur.
O halde hayvanlar nasıl bu kadar farklı olabiliyor?
Genlerin protein kodlayan bölgeleri çok benzer olmasına rağmen
düzenleyici bölgeleri farklılıklar gösterir (Şekil.21.4).
GEN İFADESİ NEDİR?
Biyolojinin Santral Dogması
Transkripsiyon
DNA
Replikasyon
RNA
Translasyon
Protein
Prokaryotlarda Gen İfadesi
E. coli’de lac Operonu ve Kontrol Mekanizması
E. coli’de trp Operonu ve Kontrol Mekanizması
trp Operonunda Zayıflama Mekanizması
Lider peptit kodlayan lider zincirin
iki önemli özelliği:
1. Trp amino asiti için kodonlar ve
2. Gövde-ilmik yapısı oluşturacak
komplementer bazlar
bulundurmasıdır.
Prokaryot ve Ökaryotlarda Gen Organizasyonu, Transkripsiyon ve Translasyonun
Karşılaştırılması
Ökaryotlarda Gen İfadesi
Gen ifadesinde ki basamakların herhangi birinde yer alan kontrol,
*farklı hücre tiplerinde veya
*gelişim evrelerinde ya da
*dış koşullara karşı oluşan cevapta
proteinlerin farklı bir şekilde üretimiyle sonuçlanabilir.
Gen düzenlenmesi gen ifadesinin iki temel seviyesinde olur:
**Transkripsiyon seviyesinde
**Post-transkripsiyon seviyesinde
Transkripsiyon seviyesinde gen aktivitesinin kontrolü
**Çok hücreli canlılarda, genetik kontrol mekanizmaları ile bir genetik
program doğrultusunda embriyolojik gelişim olur.
**Ayrıca çevresel değişikliklere karşı gen kontrol mekanizmaları uyarılabilir.
Birlikte çok hücreli bir organizmayı oluşturan çok sayıda ki farklı hücre tiplerinin
meydana gelişi, gelişim periyotları sırasında,
**doğru genlerin
**doğru hücrelerde
**doğru zamanda aktivasyonuna bağlıdır.
Transkripsiyonel kontrolün anahtar özelliği iki temel elementi vardır:
1. Kontrol elementleri. Protein-bağlanan genlerin düzenleyici DNA
zincirleridir.
2. Özgül proteinler. Genin kontrol elementlerine bağlanır ve
transkripsiyonun nerede başlayacağını ya da baskılanacağını belirler.
Kontrol Proteinleri ve Transkripsiyon
Ökaryotik genlerin bir çoğu çoklu transkripsiyon-kontrol elementleri
tarafından düzenlenir.
Çokhücreli organizmaların genleri;
*Promotor (TATA kutusu)
*yükselticiler (enhansırlar) ve
*promoter-proksimal elementler ya da diğer promoter elementlerini
içerirler.
Promotor: RNA polII’nin direk DNA’ya bağlandığı bölgedir. Transkripsiyon başlama
bölgesini belirler ve oranını etkiler.
Yükseltici (Enhansır): Çoklu kısa elementlerdir. Promotordan 200 bp – onlarca
kilobaz yukarıda, aşağıda, intron içinde ya da son ekzondan sonra yer alabilir.
Promoter-proksimal element: Belirli bir genin kontrolüne yardım ederler. 10-20 bp
uzunlukta olabilir ve başlama bölgesinden 200 bp kadar yukarıda yer alırlar.
Yükselticiler ve promoter-proksimal elementler genellikle hücre tipine
özgüdür ve yalnızca farklılaşmış hücre tiplerine özgü olarak işlev görürler.
Transkripsiyon faktör bazı genleri aktive derken bazılarını engeller
Transkripsiyon-faktör etkileşimi gen-kontrol çeşitliliğini artırır
İnsan genomundan yaklaşık 2000 TF kodlanmaktadır ve bu TF’ler çok daha fazla
sayıdaki kombinasyonlarda DNA’ya bağlanır ve binlerce genin aktivitesini düzenler.