transkripsiyon aşamasında kromatin yapının düzenlenmesi

İ.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü
Moleküler Biyoloji ve Genetik
TRANSKRİPSİYON
AŞAMASINDA KROMATİN
YAPININ DÜZENLENMESİ
Merve YILMAZER
2601120219
İÇERİK
Kromatin ve nükleozom yapısı
Transkripsiyon aşamasında kromatin yapısının düzenlenmesi
DNA metilasyonu
Histon Modifikasyonları
•Asetilasyon
•Metilasyon
•Fosforilasyon
•Ubiquitinasyon
•Sumoylasyon
Kromatin değiştirici kompleksler
• SWI/SNF kromatin değiştirici kompleks ailesi
• ISWI kromatin değiştirici kompleks ailesi
• SWR1 kromatin değiştirici kompleks ailesi
DNA bazı proteinler ve RNA ile kromatin yapıyı
oluşturmaktadır. Kromatin DNA , histon proteinleri , histon
olmayan proteinler ve RNA’dan oluşur.
DNA ve histonlar nükleozom şeklinde organize
olmuşlardır. Nükleozom tekrarları kromatini meydana
getirmektedir. Bir nükleozom H2A , H2B , H3 ve H4
histonlarından iki kopya içeren bir çekirdek , bir adet
H1 ve DNA (146 bç.) molekülünden meydana gelir
Nükleozomda paketlenmiş DNA’ların transkripsiyonu meydana
gelebilmesine rağmen kromatinin bazı özel formlarında DNA gen
aktivatör proteinin ulaşımını engeller.
Kromatinin yüksek derecede yoğunlaşmış inaktif formu
heterokromatin olarak adlandırılır ve kromatin iplikçiklerinin
yoğun olduğu koyu renkli bölgelerdir.
Kromatin iplikçiklerin daha dağınık olduğu bölgeye ise ökromatin
adı verilmektedir.
Heterokromatin iki sınıfa ayrılmaktadır: fakültatif heterokromatin ,
konstitütif heterokromatin.
Fakültatif heterokromatinde kromozomun ya tamamı ya da belli bir
kısmı heterokromatik yapıdadır. Organizmanın gelişiminin belli
evrelerinde veya belirli hücre gruplarında spesifik olarak inaktiftir.
Konstitütif heterokromatin tüm hücrelerde daima yoğun haldedir ,
yüksek miktarda tekrarlı DNA dizisi içerir.Sentromer , telomer ve Y
kromozomunun distal kolları gibi birkaç bölgede yer alır.
Tipik insan hücresinde
yapmaktadır.
genlerin
%20
kadarı
anlatım
Yüksek derecede farklılaşmış hücreler (kas , sinir vb.) farklı
genlerin anlatımlarını gerçekleştirmektedir.
Her hücre aynı genoma sahip olmasına karşın farklı genlerin
anlatımını yapmaktadır. ( Epigenetik )
Gen anlatımının kontrolünde çeşitli epigenetik değişimler rol
oynamaktadır.
Bu değişimler DNA’da veya histon proteinlerinde meydana gelen
değişimlerdir.
DNA metilasyonu
Histon modifikasyonları
Asetilasyon
Metilasyon
Fosforilasyon
Ubiquitinasyon
Sumoylasyon
TRANSKRİPSİYON AŞAMASINDA KROMATİN YAPININ
DÜZENLENMESİ
Transkripsiyon aşamasında genlerin anlatım yapabilmeleri için kromotin
yapı, enzimler tarafından okunabilecek şekilde daha az yoğun halde
(ökromatin) bulunmalıdır.
Nükeleozom yapısı , DNA molekülünde meydana gelen değişimler ve bazı
protein komplekslerinin yardımıyla transkripsiyonun gerçekleşmesi için
çeşitli değişimler meydana gelmektedir.
Bu değişimler DNA metilasyonları , histon modifikasyonları ve nükleozom
yapısında değişim meydana getiren bazı protein kompleksleriyle gerçekleşir.
1-DNA Metilasyonu
DNA metiltransferaz (DNMT) enzimi tarafından CpG adalarında
sitozinin
5
nolu
karbon
atomuna
metil
transferi
gerçekleştirilmektedir.
Omurgalı DNA’sında CG baz çiftlerinin %70’den fazlası metilenmiş
durumdadır.Bu metillenme aktif olan genlere bağlı olarak canlıdan
canlıya ve dokudan dokuya farklılık göstermektedir.
Aktif genlerin promotör bölgelerinde metilasyon seviyesi düşüktür.
Gen
anlatımının
düzenlenmesinde
genlerin
promotör
bölgelerindeki metillenme transkripsiyon faktörlerinin tanıma
bölgelerinde değişiklikler meydana getirerek bu faktörlerin
bağlanmasını engeller ve gen anlatımı baskılanır.
Hücre farklılaşmasıyla beraber farklı dokularda farklı genlerin
anlatımının temelinde bu düzenleme yatmaktadır.
2-Histon Modifikasyonları
Nükleozom yapısını oluşturan histon proteinlerinin bazik amino
terminal uçları nükleozomdan çıkıntılar yapmaktadır. Bu uçlar
çeşitli modifikasyonlara uğrar.
Histonlardaki
modifikasyonlar
kromatin yapısının gevşek veya
sıkı olmasını belirleyerek gen
anlatımında düzenleyici rol
oynar.
2.1. Asetilasyon – Deasetilasyon
Asetil grupları histonlardaki pozitif yükü nötralize ederek
histonlar ve DNA arasındaki elektrostatik etkileşimleri
zayıflatmaktadır.
Histon asetil transferaz (HAT) enzimi histon proteinlerinin
nukleozomdan dışarı uzanan N terminal uçlarındaki lizin
rezidülerini asetillemektedir.
Transkripsiyonda rol alan faktörler asetilasyon bölgesinde
promotörlere kolaylıkla ulaşabilmektedir
Histon deasetilasyonu histon deasetilaz (HDAC) tarafından
gerçekleştirilmektedir.
Deasetilasyon
kromatin
yapının
yoğunlaşmasına neden olmaktadır , böylece gen anlatımı
engellenmiş olur.
2.2. Metilasyon
Histon metiltransferaz enzimi aracılığıyla histon proteinlerine
metil gruplarının ilavesi gerçekleşmektedir.
Metilasyon hem lizin hem de arginin rezidülerinde meydana
gelmektedir.
Histon metilasyonları gen anlatımının hem aktivasyon hem de
represyonunda rol oynamaktadır.
Metilasyon lizin ve arginine eklenen metil gruplarının sayısı ve
eklendiği rezidüye bağlı olarak
gen anlatımının
düzenlenmesinde rol oynar.
H3’de 9.lizindeki dimetilasyon ve H3’de 27. lizindeki
trimetilasyon gen sessizleşmesi ve heterokromatin oluşumuyla
ilişkilidir. Buna karşın H3-K4 , H3-K6 veya H3-K79’daki
metilasyonlar aktif kromatin ile ilişkilidir.
2.3. Ubiquitinasyon
Tek bir ubiquitin ilavesi yıkım için sinyal oluşturmak yerine proteinin
fonksiyonunu değiştirebilir.
Histon H2B’deki monoubiquitinasyon gene bağlı olarak
transkripsiyonun aktivasyonu veya inaktivasyonuyla ilişkilidir.
Bağlayıcı histon olan H1’in monoubiquitinasyonu onun DNA’dan
serbest kalmasına neden olur. Bağlayıcı histon proteinin olmadığı
durumda kromatin yapı daha az yoğundur.Buna bağlı olarak gen
aktivasyonu sağlanmış olur.
2.4. Fosforilasyon
Histon proteinler spesifik bir kinaz tarafından fosforlandığında
treonin veya serin rezidüsüne bir veya daha fazla fosfat grubu
eklenmektedir.
Histonlar negatif yükle yüklenmiş olurlar.
H1’in fosforilasyonu ya H1’in DNA’dan uzaklaşmasına ya da DNA’ya
daha gevşek bağlanmasına neden olur. Her iki durum da gen
aktivasyonuyla sonuçlanmaktadır.
2.5. Sumoylasyon
SUMO hedef proteinin lizinlerindeki amino grubuna
karboksil ucuyla bağlanan 97 amino asitlik bir proteindir.
Sumoylasyon transkripsiyonal represyon ile ilişkilidir.
3-Kromatin Değiştirici Kompleksler
(Chromatin remodeling complexes)
Kromatin değiştirici kompleks DNA ve histon arasındaki etkileşimi
değiştirerek transkripsiyon faktörlerinin DNA düzenleyici elemanlarına
bağlanması için ATP kullanmaktadır.
Kromatin değiştirici kompleks kromatin yapısında en az dört farklı
değişiklik meydana getirebilir ;
• Nükleozomun kayması : nükleozomun DNA üzerindeki konumu
değişir.
•Nükleozomda şekil değişikliği : DNA daha erişilebilir hale gelir
ama histonlar bağlı kalır.
•Nükleozomun yerinden çıkarılması : Histon ve DNA tamamen
ayrışır.
•Nükleozomun değişimi : Bir histonla histon türevi yer değiştirir.
3.1. SWI/SNF kromatin değiştirici kompleks ailesi
SWI/SNF görevi ; nükleozomun kayması ve ayrılması
SWI/SNF ve RSC tipi kromatin değiştirici kompleks nükleozomun
kaymasına neden olur.
SWI/SNF’nin ATPaz aktivitesiyle elde edilen enerji , histon oktomerinin
etrafındaki DNA yolunun değiştirilmesinde kullanılır.
Bazı yüksek derecede anlatım yapan aktif genlerde nükleozomlar
DNA’dan tamamen ayrılmaktadır. Değiştirici kompleksin histon
oktameri etrafındaki DNA’nın yolunu değiştirmesinden sonra
transkripsiyon faktörleri DNA’ya ulaşabilir hale gelir.
Sıklıkla SWI/SNF ve histon asetiltransferaz arasındaki
işbirliği ile kromatin yapısında değişim meydana gelir.
3.2. ISWI kromatin değiştirici kompleks ailesi
SWI/SNF ve RSC tipi kromatin değiştirici komplekslerin aksine ISWI
ailesinin üyeleri nükleozom yapısını bozmaksızın DNA boyunca
oktomerleri kaydırarak fonksiyonlarını yerine getirir.
3.3. SWR1 kromatin değiştirici kompleks ailesi
Histon oktomerde bir histon türeviyle yer değiştirir. SWR1 kompleksi
H2A.Z-H2B dimerlerini H2A-H2B dimerleriyle değiştirebilir.
Telomere yakın bölgeler gibi anlatımı baskılanmış bölgelere bitişik
olan aktif genlerde H2A.Z histon varyantları bakımından zengindir.
Bu histon türevlerinin varlığı komşu ökromatik bölgelerde
heterokromatin yapının oluşumunu engeller.
SONUÇ
Transkripsiyon gerçekleşmediği zamanlarda DNA nükleozom yapısıyla
sıkı bir şekilde bulunmaktadır.
Transkripsiyon gerçekleşeceği zaman eş zamanlı olarak DNA
demetilasyonu , histon asetilasyonu , pozisyona bağlı olarak histonda
meydana gelen modifikasyonlar (fosforilasyon , ubiquitinasyon ,
sumoylasyon ve metilasyon ) ve kromatin yapıyı değiştirici protein
kompleksleri aracılığıyla kromatin yapı gevşek hale gelir.
Böylece transkripsiyon faktörleri ve RNA Polimeraz
gerçekleşecek olan hedef proteinin promotörüne ulaşabilir.
anlatımı
TEŞEKKÜRLER …