Genetik cesitliligin modeli
advertisement
Gene$kCesitliginModeli Dr.MahmutÇerkezErgören,PhD YakinDoguUniversitesi TipFakultesi TibbiBiyolojiA.D. InsanGenomlariArasindakiVaryasyonCesitleri • Insan genomlarindaki genom degisiklikleri kisilere goredegismelerineragmenetkileriyoktur. • DigerdegisikliklerfenoGpi,vucudyapisinibelirleyen normaldegerleri,metabolizmayi,pigmentasyonuvb etkileyebilirveherkisiyiozelyaparlar. • Bazivaryantlarpatojenik$r: Ya hastaliklara sebep olurlar ya da hastaliklarin gelisip gelismemelerine diger genlerle, yasam sekliylevecevreylebirlikteetkilesimegirereksebep olurlar. • Insangenomvaryasyonlari: Tek nukleoGd degisiklikleri butun kromozomunkazanci/kaybi. kucuk alan varyantlari eger bit etkileri varsatek gende etkigosterirler Buyukalanvaryantlarigeneldebirkacgenietkiler.. Tandem(ardisik)Tekrarlar: • BirveyabirdenfazlanükleoGdtekrarlandığızamanoluşur. • TekrarlarbirbirlerinetamamenyapışıkQrlar. örn: ATTCGATTCGATTCG ATTCG3keretekrarlandı • Armadillotekrarlarıadıverilen,birçokproteindomainleri de primer amino asit yapılarında tandem tekrarlanma gösterirler. • Ancak, proteinlerin, mükemmel tekrarları in vivo koşullardaolasıdeğildir. VariableNumberTandemRepeats(VNTRs) (DeğişkenSayılıTandemTekrarlar) • KısanükleoGdsekanslarınıngenomüzerindetandemtekrarolarak organizeolmasıdır. • Birçok kromozom üzerinde bulunabilir ve genellikle kişiden kişiye uzunluklarıvaryasyongösterir. • VNTRs:1)Minisatellitler(VNTRs(?)) 2)Mikrosatellitler(ShortTandemRepeats(STR)(Kısatandem tekrarları)) • Her varyant kalıtsal alel olarak davranır, bu da onlara kişisel kimliklendirmede veya babalık testlerinde kullanılmalarına izin verir. • Analizleri geneGkde, biyolojik araşQrmalarda, adli bilimlerde ve DNAparmakiziyöntemindekullanışlıkılar. VNTR’leringene$kanalizlerdekullanılmaları: • VNTR’lerdiploidgenomlarınbağlanQanalizlerinde(haritalama)kullanılan RFLPmarkerlariiçinönemlikaynakdırlar. • Birçokgenomsekanslandı,VNTR’leradlikriminalaraşQrmalarıiçingerekli olmuştur,DNAparmakiziveCODISveritabanıyoluyla • Büyüklükleri jel elektrofoırezi ya da southern blo_ng yöntemi ile determineedilirler. • Kişiyeözelbantlaroluştururlar. • Bağımsız VNTR marker grupları test edildiği zaman, akraba olmayan iki kişininaynıalelikpaternleritaşımalarıolasılığımümkündeğildir. • VNTRanalizleriaynızamandageneGkçeşitlilikvevahşiveyaevcilhayvan populasyonlarıiçindekiüremepaternleriçalışmalarındadakullanılırlar. • Ayrıca, VNTR’ler bakteriyal patojenlerin suşlarının ayrılmasında da kullanılırlar. CODISpanelindeki13VNTRlokusbölgelerinkromozomlarüzerindeki yerleri. Combined DNA Index System (CODIS) (BirleşGrilmiş DNA indeks sistemi) FBI ceza adaleG DNA veritabanı için destek programının yanı sira bu veritabanlarının çalışQrılmasıiçinkullanılanyazılımiçinkullanılanterimdir. VNTRKalıQmı VNTRverilerininanaliziiçinikitemelgeneGkprensipkullanılabilir: • Kimlik eşleş$rilmesi - spesifik lokasyona ait VNTR alelleri eşleşmek zorundadırlar. Eğer iki örnekde aynı kişiye aitse, aynı alel paterni göstermek zorundadırlar. • KalıRmsal Eşleşme - VNTR aleleri kalıRm kurallarını takip etmek zorundadırlar. BirbireyiebeveynleriyleyadaçocuklarıylaeşleşGrildiğinde,bukişi her birebeveyniçineşleşenbiralelesahipolmasıgerekir. Eğer akrabalık daha uzaksa (buyukanne/baba ya da kardeşler), akrabalıkderecelerinegöredeğerlendirmeyapılır. Minisatellitler: • A.R. Wyman ve R. White tarabndan 1980 yılında ilk insan minğisateliG keşfedildi. • Yüksek seviyede bulunan çeşitliliklerinin keşfi ile, Prof Sir Alec JeffreysminisatellitleribazalarakDNAparmakiziyönteminigeliş$rdi. • Tekrarlı DNA’nın kisimlarindan belirli DNA moGfleri (10-100 baz çiii arasındakiuzunluktabulunurlar)Gpikhaliyle5-50keztekrarlanır. • İnsangenomunda1.000denfazlalokasyondaoluşur. • Populasyonda yüksek mutasyon oranı ve yüksek çeşitlilikleriyle dikkaG çekerler. • Minisatellitler kromozomların sentromer ve telomerleri içinde belirgindirlervekromozomlarızararlardankorurlar. Birbireyeaitminisatelitler Benzerminisatelitler,fakattekrarlarinfarkliuzunluklari Farkliminisatelitler:farkliDNAsekanslari • Minisatelitlerbenzeramaboyutlarıfarklıdır – DNAdizileri – Tekrarlarınboyları Farklıkişilereaitminisatellitler MinisatelitlerinYapısı • 10 ile 100 baz çiii uzunluğa sahip olan tekrar eden, genelde GC açısından zenginmoGflerindenoluşur. • Buvaryanttekrarlarardişıkolarakiçiçedir. • Bazı minisatelitler nükleobazlardan oluşan merkez dizisi (veya “çekirdek birimi") “GGGCAGGANG”(buradaNherhangibirbazolabilir) • Ya da genellikle A ve G (pürin) ve C ve T (pirimidin) sekans moGfleri oluşturulur. • Yüksekdeğişkenlikminisatellitler9-64bpuzunluğundaçekirdekbirimlerivardır. Vegenelliklesentromerikbölgelerdeyeralır. • İnsanlarda, minisatelitlerin %90’nı kromozomların sub-telomerik bölgelerinde bulunur. • İnsantelomerdizileritandemtekrarlardır:TTAGGGTTAGGGTTAGGG… Minisatellitlereörnek GTATACACACATATACATATATAT tekrari Minisatellitlereörnek AGGATTTTardisiktekrari İşlevi: • Genekspresyonregülatörüolarakgörevalırlar.. • Genellikle kodlanmayan DNA’dırlar ama bazen bazıgenlerinkısımlarınıoluştururlar(ORF). • Kromozomal telomerleri oluştururlar, bunlar kromozomların uçlarını korurlar ya da diğer komşukromozomlarlafüzyonunuengellerler. Mutabilite(değişebilirlik): • MinisatellitlerkromozomlarınkırılganbölgeleriylebağlanQlıdırlarvetekrarlayan translokasyonkırılmanoktalarınayakındır. • Bazıinsanminisatellitleri(%1)yüksekmutasyonbölgeleridirvemutasyonoranı %20-%0.5 arasında değişir. Bu bu dizileri insan genomunun stabil olmayan blgesiolarakgösterir. • Diğergenomlar(fare,sıçan,domuz)minisatellitbenzeridizileriçerirken,hiçbiri yüksendeğişkenolarakbulunmadılar(hypermutable) • İnterval varyantlar yüksek değişkenlik içerdiklerinden, kompleks başlangıc süreçlerininanaliziiçinyüksekderecedeinformaGfsistemlersağlarlar. • Minisatellitler büyük bir olasılıkla insan genomunda meydana gelen mayoGk rekombinasyonhotspotlarındanevolveoldular.. • BudizilerDNA’nınparçadeğişikliğiyapmasınısağlar. Mikrosatellitler: • Tekrarlı DNA’nın kisimlarindan belirli DNA moGfleri (2-5 baz çiii arasındakiuzunluktabulunurlar)Gpikhaliyle5-50keztekrarlanır. • Mikrosatelitlerinsangenomuuzerindebinlercebolgedebulunurlar. • Populasyonda yuksek mutasyon orani ve yuksek cesitlilik ozellikleri gosterirler. • Mikrosatelitler adli geneGkciler tarafindan siklikla kisa ardisik tekrarlar (short tandem repeats (STRs)) by forensic geneGcists, ya da bitki geneGkcileri tarafindan basit sekans tekrarlari (simple sequence repeats(SSRs))olarakisimlendirler. • DNA profillendirilmesindeki kinship kimliklendirilmelerdekullanilirlar. analizlerinde ve adli • Ayrica, geneGk baglanG analizlerinde/ genlerin lokasyonunda veya hastalik ya da geneGk ozelliklerden sorumlu genlerin marker secimlerindekullanislidirlar. YapılarıveLokasyonları • TATATATATAdizisidinukleoGdmicrosatellit GTCGTCGTCGTCGTCtrinukleoGdmicrosatellit • 4 ya da 5’li tekrarlar tetra- ve pentanukleoGd moGflerolarakisimlendirilir. • Telomerler senesens’de görevlidirler, tekrarlı dizilerdenoluşurlar,hekzanukleoGdtekrarlımoGfleri oluştururlaromurgalılarda.(TTAGGG) • Minisatelitler gibi klasifiye olurlar ama daha kısa tekrarlımoGfleriçerdikleriiçinmikrosatelitlerolarak isimlendirilirler. • Mikrosatellitler genom boyu dağılırlar. • Birçoğu gen kodlanmayan bölgelerde yer alırlar böylece biyolojikolaraksessizdirler. • Bu nesiller boyunca mutasyonları depolamalarını sağlar ve DNA parmakizi ve kimliklendirme süreçlerinde çeşitliliksağlamasınısağlar. • Diğer mikrosatellitler regulator bölgelerdeyadagenlerinintron yerlerinde ya da direkt olarak gen bölgelerinde lokalize olmuşlardır. Gen bölgeleri içindeki mikrosatellitlerdeki değişiklikler fenoGpik değişiklikler ve böylece hastalıklarasebepverirler.(frajil X sendromu ve HungGngton Hastalığı. FragileXsyndrome Hung$ngton’sDisease minivs.microsatelitler • Kişilerdekitekrarlıbölgeleraşağıdakigibiçeşitlilikgösterir – VNTR(VariableNumberofTandemRepeats) • Minisatelitler • Mikrosatelitler • Minisatellitler – Tekrarunitesiuzunluğu–6-100baz – Herminisateliue2-birkaçyüztekrar – BinlercefarklıminisatelitgenomdadağılmışQramageneldekromozom biGşnotlarındayeralırlar(telomer) • Mkcrosatelitler – Tekrarunitesiuzunluğu:1-7baz – Hermikrosatelitler5-100uzunluğuarasındadır – Binlercefarklımikrosatelit,rastgelegenomboyuncadağılmışQr. Mikrosatelitlereörnek • CACACACACACACACACACACACACACACACACA CACACACACACACA – (CA)24 • AATGAATGAATGAATGAATGAATGAATGAATGAAT GAATGAATGAATGAATGAATGAATGAATGAATGA ATGAATGAATGAATGAATGAATGAATGAATGAATG AATGAATG – (AATG)28 MutasyonMekanizması • Bir nükleoGdi etkileyen nokta mutasyonların aksine, mikrosatelit mutasyonlar bütün tekrarın kazancı veya kaybıilesonuclananolaylardır. • Bu olay replikasyon süresince bazı kaymalara sebep olur. Mayoz süresince DNA ipliklçikleri arasında mismatch (yanlışeşleşmelere)sebelolur. • Her 1000 nesilde bir mikrosatelit yanlış eşleşmesi meydanagelir. • Böylece mikrosatelit değişiklikler nokta mutasyonlardan dahafazlagözlenir. • Tekrarüitelerindemeydanagelenkaymalar,tekrarunitesi büyüklüğüçeşitliliğigösterir(farklıorganizmalarda) STRlokusundareplikasyonsırasındaDNAipliğiüzerindeki kaymalar: DNAreplikasyonusırasındaüçşekildekaymaolabilir. (a) STRlokusundareplikasyonsonucundamutasyonolmaz (b) Replikasyon sırasında STR lokusunda bir tekrar unitesikazancı olabilir. (c) Replikasyon sırasında STR lokusunda bir tekrar unitesi kaybı olabilir. MikrosatelikMutasyonlarınBiyolojikEtkileri • Birçok mikrosatelit gen kodlanmayan bölgelerde olduklarıiçinbiyolojikolaraksessizdirler. • Diğerlerikodlayanbölgelerdedirler - Buradaki değişiklikler fenotpii değiş$rerek hastalıklarayokaçarlar. 1)Proteinlerüzerindekietkisi • In mammals, 20% to 40% of proteins contain repeaGng sequences of amino acids encoded by short sequence repeats. • Mostoftheshortsequencerepeatswithinprotein-coding porGons of the genome have a repeaGng unit of three nucleoGdes, since that length will not cause frame-shiis whenmutaGng. • EachtrinucleoGderepeaGngsequenceistranscribedintoa repeaGngseriesofthesameaminoacid. -Inyeasts,themostcommonrepeatedaminoacidsare glutamine, glutamic acid, asparagine, asparGc acid and serine. MutaGons in these repeaGng segments can affect the physical and chemical properGesofproteins. Forexample,a)lengthchangesintandemlyrepeaGngregionsintheRunx2gene leadtodifferencesinfaciallengthindomesGcateddogs(Canisfamiliaris),with anassociaGonbetweenlongersequencelengthsandlongerfaces. b)LengthchangesinpolyalaninetractswithintheHoxA13geneinCarnivora speciesarelinkedtoHand-Foot-GenitalSyndrome,adevelopmentaldisorderin humans. c) Length changes in other triplet repeats are linked to more than 40 neurologicaldiseasesinhumans. EvoluGonary changes from replicaGon slippage also occur in simpler organisms. For example, a) microsatellite length changes are common within surface membrane proteins in yeast, providing rapid evoluGon in cell properGes. b) Short sequence repeats also provide rapid evoluGonary change to surfaceproteinsinpathenogenicbacteria;thismayallowthemtokeep upwithimmunologicalchangesintheirhosts. c) Length changes in short sequence repeats in a fungus (Neurospora crassa)controltheduraGonofitscircadianclockcycles. 2)Genregülasyonuüzerindekietkisi • Length changes of microsatellites within promoters and other cis-regulatory regionscanalsochangegeneexpressionquickly,betweengeneraGons. • The human genome contains many (>16,000) short sequence repeats in regulatory regions, which provide ‘tuning knobs’ on the expression of many genes. • Length changes in bacterial SSRs can affect fimbrae formaGon in Haemophilus influenza,byalteringpromoterspacing. • Minisatellites are also linked to abundant variaGons in cis-regulatory control regionsinthehumangenome. • Microsatellites in control regions of the Vasopressin 1a receptor gene in voles influencetheirsocialbehavior,andlevelofmonogamy. 3)İntonlariçindekietkisi • Microsatellites within introns also influence phenotype, throughmeansthatarenotcurrentlyunderstood. Forexample,a)aGAAtripletexpansioninthefirstintron of the X25 gene appears to interfere with transcripGon, andcausesFriedreichAtaxia. b)TandemrepeatsinthefirstintronoftheAsparaginesynthetase genearelinkedtoacutelymphoblasGcleukaemia. c)ArepeatpolymorphisminthefourthintronoftheNOS3geneis linkedtohypertensioninaTunisianpopulaGon. d) Reduced repeat lengths in the EGFR gene are linked with osteosarcomas 4)Transposonlarüzerindekietkisi • Almost50%ofthehumangenomeiscontained in various types of transposable elements (transposons,or‘jumpinggenes’). • ManyofthemcontainrepeGGveDNA. • It is probable that short sequence repeats in thoselocaGonsarealsoinvolvedintheregulaGon ofgeneexpression
