Genetik kontrol mekanizmalarıSY-2016vturkcever

GENETİKREGÜLASYONVE
HASTALIKLARI
Dr.SelmaYılmaz
TıbbiBiyolojiBölümü
1
ReferansKitaplar:
Lodish,Alberts
MolecularCell
Biology,MolBioland
Gene>cs
Gen Ekspresyonu Nasıl Regüle Edilir?
—  Yaşamak için, hücreler çevrelerindeki değişikliklere cevap vermek
zorundadır.
—  Gen ekspresyonu (protein üretimi) nun kontrolü, bir hücrenin
fonksiyonel bütünlüğünün devamı için zorunlu olan bir özelliktir.
—  Gen ekspresyonundaki (Protein üretimindeki) iki ana basamağın—
transkripsiyon ve translasyon —regülasyonu, bu adaptasyon için
çok önemlidir .
—  Gen ekspresyonu, DNA-RNA transkripsiyonu aşamasından, proteinin posttranslasyonal modifikasyonlarına kadar herhangi bir aşamasında ayarlanabilir
(modüle edilebilir).
—  Yani, bu işlemlerin kontrolü bir hücrede, hangi proteinlerin ve hangi
miktarda olacağını belirleme de çok önemli bir rol oynar.
q Prokaryot ve ökaryotların her ikisinde de, gen ekspresyonu asıl olarak
transkripsiyon düzeyinde, genellikle protein üretim işleminin en başında
2 — transkripsiyonun başlatılması- aşamasında regüle edilir.
DörttemelmolekülergeneGkişleminegenelbakış
—  Proteinüre>mineyolaçanüçişlem(1-3)veDNA’nınreplikasyonuişlemi(4)
dahaöceanlaQldı.
—  Virüslerkonakçı-hücrenindüzeneğinikullanmalarıdolayısıyla,buişlemleri
anlamadaönemlimodellerolmuşlardır.
3
TranskripsiyonunRegülasyonu
Transkripsiyon hızının kontrol edilmesine, regülatör proteinler
(factors) yardım ederler.
—  Bu regülatör proteinler (faktörler), genel ve özel transkripsiyon
proteinleri, transkripsiyonu aktive eden RNA polymerase (prokaryotlarda
sigma (σ) faktör ve ökaryotlarda TFIID), aktivatör (uyarıcı) ve
represör (baskılayıcı) proteinleri içerirler. Bu regülator proteinler,
prokaryotik ve ökaryotik gen bölgeleri ile ilişkili olan spesifik DNA
dizilerine (regülatör elementler) bağlanırlar.
—  DNA daki regülatör elementler, basal promoter (TATA box ve
başlama bölgesi yakınındaki diğer diziler), enhancers (artırıcılar) ve
silencers (susturucular) içerirler ve protein üreten genlerin
ekspresyonunu kontrol ederler.
—  Transkripsiyon hızının kontrol edilmesinde, başka
mekanizmalar da önemlidir ve özellikle ökaryotlarda gen
4 ekpresyonu, bir çok seviyede konrol edilmektedir.
Transkripsiyonun Ayarlanması
DNA’ya yukarılarda (upstream) bir yerde, bir aktivatör (activator) protein
bağlanması proteinleri promoter bölgeye çekebilir bu RNA polimerazı (green) ve
yani transkripsiyonu aktive eder.
DNA bir aktivator protein ve RNA polymerase aktivitesini yönlendiren diğer
proteinler (mediator) arasındaki bu bağlantıyı sağlamak için kendisini halka gibi
büker (loop). © 2010 Nature Education
5
PROKARYOTLARDA GENETİK
REGÜLASYON
q  Bakterilerin çoğunda ve diğer tek-hücreli organizmalarda,
gen ekspresyonu, hücrelerin çevrelerindeki değişikliklere
uyum sağlaması için yüksek oranda regüle edilir.
q  Bir bakteri hücresi normal olarak bütün proteomunun içinden,
sadece o anki koşullarında canlılığını sürdürmesi için
gerekli olan proteinlerini sentezler.
q  Prokaryotlarda gen ekpresyonunun regülasyonu genellikle,
ya transkripsiyonun başlatılması veya terminasyonu
(sonlanması) nunu kapsar.
6
Prokaryotlarda Gen Ekspresyonunun
Regülasyonu
—  Prokaryotlarda, protein sentezi regülasyonu asıl olarak transkripsiyon
düzeyinde olur, operonlar (operons) olarak bilinen genetik
birimlerle bağlantılıdır.
—  Operonlar, promoter (P) bölge içerir, bu bölgeye proteinler
bağlanır ve RNA polimerazın (polymerase) bağlanmasını
kolaylaştırır veya inhibe ederler.
—  RNA polymerase bir operonun yapısal genlerini kopyaladığı (transkibe)
zaman, polisistronik (polycistronic) bir mRNA (birden fazla
polipeptidi kodlayan bir mRNA) üretilir.
7
Prokaryotlarda Gen Ekspresyonunun
Regülasyonu
1. Protein sentezinin besin kaynaklarıyla ilişkisi
2. Operonlar
3. Indüksiyon
4. Katabolit represyonu
5. Represyon
6. Positif kontrol
7. Attenuasyon
8
1.Protein sentezinin besin
kaynaklarıyla ilişkisi
A. Prokaryotlar, besin kaynaklarındaki değişikliklere enerjiyi en
etkili şekilde sağlamaları veya saklamak sağlayacak şekilde cevap
verirler. Prokaryotes, E. coli gibi, şunlara gereksinim duyar:
1. Enerji sağlamak için okside etmek üzere bir karbon kaynağı
(genellikle bir şeker, tercihen glukoz).
2. Yapısal proteinler ve enzimlerin üretmek üzere amino asitlerin
sentezi için bir azot (nitrogen) kaynağı.
9
1.Protein sentezinin besin
kaynaklarıyla ilişkisi
B. E. coli, ortamda varolduğu sürece, tercihen glukozu kullanır.
—  Glukozun kullanım yollarındaki enzimler konstitütif olarak
(constitutively; örn., devamlı şekilde üretilirler).
C. Eğer ortamda glukoz yoksa, ancak başka bir şeker varsa, E. coli,
hücreye bu şekerden enerji üretmesini sağlayacak proteinleri ve enzimleri
üretir.
—  İndüksiyon (Induction) enzimlerin sentezlenmelerinin kontrol
(regüle) edilmesi işlemidir.
D. Eğer ortamda bir amino asit varsa, E. coli, bulunan amino asiti
sentezlemeye gerek duymaz ve onun sentezinde gereken enzimlerin
üretimini durdurma yoluyla enerji tasarrufu yapar.
—  Represyon bu enzimlerin sentezlenmelerinin kontrol (regüle)
edilmesi işlemidir.
10
Operonlar
A. Bakterilerde, genler genellikle operonlar içersinde organize olurlar.
q  Bir operon, bir yapısal gen topluluğudur.
q Bir operondaki genlerin hepsi koordineli şekilde regüle edilir;
yani, hepsi birden aynı şekilde ya aktive edilir (başlatılır) ya da
baskılanır (durdurulur).
B. Bir operonun yapısal genleri, farklı bir grup proteini kodlar.
q Operondaki genlerin sıralanma-düzeni, kodlanan proteinlerin
özel metabolik yoldaki birbirini takip eden fonksiyonlarına
paraleldir.
q Bir bakteriyal operon tek bir başlama bölgesinden başlayarak, bir
polisistronik mRNA (sistron: gen) üretir.
q Polisistronik mRNA üzerinde bulunan bir dizi start (başlama) ve
stop kodonları translasyon aşamasında tekbir mRNA farklı
proteinlerin üretilmesini sağlar.
11
ProkaryotlardaGenEkpresyonunun
Regülasyonu
q E. Coli’de, genlerin yaklaşık olarak yarısı operonlar da
toparlanmıştır.
Örnekler, Bir trp operon trytophanın biyosentezinde gereken beş
enzimi kodlayan beş gen içerir and lak operon süt de bulunan bir
şeker olan laktoz metabolizması için gereken üç enzimi kodlayan üç
gen içerir.
q  Bakterilerdeki transkripsiyonel kontrolün ana hatları E.
Coli deki laktoz (lak) operonları üzerinden tartışılacaktır.
12
E. Coli Operonları
C. Transkripsiyon, yapısal genlerin yukarısında (upstream,
5’kısmına) yerleşmiş olan bir promoter bölge yakınında başlar.
q  Promoter bölge, bu genlerin regülasyonunu koordine eder.
q  RNA polimerazın sigma (σ) subunitesinin bir operonun
promoter bölgesine bağlanması,transkripsiyonun
başlatılmasındaki ilk aşamadır.
13
E. Coli Operonları
D. Represörler operatör dizlere bağlanan proteinlerdir.
q  Operator, kısa bir dizidir, promotorla ilişkilidir (promotorla
birleşik veya hemen yakınında), genlerin ekprese edilip
edilmeyeceğini tayin eder.
q Bir repressör proteinin operatör bölgesine bağlanması RNA
polimerazın promotor bölgeye bağlanmasını engellediğinden
operonun yapısal genlerinin transkripsiyonunu inhibe eder.
q Repressör proteinler, genomun herhangi bir yerinde yer alabilen
regülatör genler tarafından kodlanır.
q Eğer operator bölgede represörün bir nedenle
bağlanamayacağı bir mutasyon oluşursa bu, operonun devamlı
(constitutive) ekspresyonu ile sonuçlanır.
14
Operonlarınrepresörlerle
regülasyonu.
Represörler
Represör protein
operatöre
bağlandığında, RNA
polymerase
bağlanamaz, ve
transkripsiyon olmaz.
Structural:yapısal
15
Transkripsiyon olmaz
Protein üretilmez
Indüksiyon
A. İndüksiyon (Induction) bir indükleyici (inducer) nin (küçük bir
molekül) bir operonun transkripsiyonunu uyarması işlemidir.
B. İndükleyici genellikle bir şekerdir (veya şeker metaboliti) ve
indüklenebilen (inducible) bir operondan üretilen enzimler şekerin
metabolize edilmesini sağlarlar.
q  Bu bakteri hücrelerinin, ortamlarındaki çeşitli besinlerin
konsantrasyonlarındaki değişikliklere cevap vermede spesifik genlerin
transkripsiyonunu regüle etmelerini sağlar.
(1) İndükleyici represöre bağlanır, inaktive eder.
(2) İnaktif represör operatöre bağlanmaz.
(3) RNA polymerase, dolayısyla, promotera bağlanabilir ve operonu
transkribe eder.
(4) Operon tarafından kodlanan yapısal proteinler üretilir.
16
Indükleyiciler
İndüklenebilen bir operon (örn.,
lac operon).
(1) Eğer ortamda indükleyici varsa,
indükleyici represöre bağlanır, inaktive
eder.
(2) İnaktif represör operatöre
bağlanmaz.
(3) RNA polymerase, dolayısyla,
promotera bağlanabilir ve operonu
transkribe eder.
(4) Operon tarafından kodlanan yapısal
proteinler üretilir.
17
The Laktoz (lak) Operon
C. Laktoz (lak) operon indüklenebilen bir operondur.
(1) Laktoz metaboliti olan allolactose, indükleyici (inducer) dir.
(2) Lac operonu genleri tarafından üretilen proteinler hücrenin bir enerji
kaynağı olarak laktozu metabolize etmesini sağlarlar. Gene Z a-galaktozi daz;
gene Y, laktoz permeaz;gen A, transasetilaz üretir.
(3) Lak operon sadece glukoz yokluğunda indüklenir. Katabolit
represyonu sergiler.
Lak ( lac)
Lac O: operator
Lac P: promoter
lacI: Regülatör gen:
represör geni
18
4.KatabolitRepresyonu
A.Hücreler uygun olduğunda tercihen glukozu kullanırlar.
B. Bazı operonlar (örn., lac) ortamda glukoz varsa ekprese
edilmezler.
— Bu operonlar ekpresyonları için cAMP ye gerek duyarlar.
(1) Glukoz hücrelerde cAMP düzeylerini düşürür, activasyonu önler.
(2) Glukoz azaldığında, düşük glukoz konsantrasyonuna cevaben
cAMP düzeyleri artar.
(3) cAMP, cAMP-bağımlıkatabolit aktivatör proteine (CAP) bağlanır.
(4) cAMP–CAP compleksi promoter yakınındaki CAP bölgesine
bağlanır ve RNA polimerazın promoter a bağlanmasını kolaylaştırır.
19
4.Laktoz(lak)OperonununKatabolitRepresyonu
C. Lak (lac) operon katabolit represyonu sergiler.
— Lak operonunun genleri laktoz varsa ve glukoz yoksa veya düşük miktarda
ise ekprese olur.
1. Lactose varlığında ve glukoz yokluğunda, lak repressor inaktive
edilir, ve yüksek cAMP düzeyi, RNA polimerazın promotera
bağlanmasını kolaylaştırır.
2. Operon kopyalanır (transkribe edilir),ve hücrelerin laktozu
kullanmasını sağlayacak olan proteinler üretilir.
— Lak repressor proteini, i geni tarafından kodlanır. i geni devamlı şekilde
(constitutively) eksprese edildiğinden, hücrede herzaman repressor
proteinler bulunur.
q Lac repressor protein operatora bağlanır, transkripsiyon olmaz.
q  (Allo)lactose (indükleyici), varlığında, laktose represör proteine
bağlanır ve inhibe eder.
20
Laktoz(lac)
operonunun
katabolit
Represyonu
A. Glukoz ve laktoz varlığında
Glukoz varsa,
transkripsiyon
olmaz
B. Laktoz varlığı ve glukoz yokluğunda
21
Yapısal genler
E.Colilacoperonunun
transkripsiyonunun
regülasyonu
Transkripsiyon başlama bölgesi
E. coli transkripsiyon-kontrol bölgeleri
mRNA transkripsiyonu yok
Düşük transkripsiyon
22
Yüksek transkripsiyon
5.Represyon
A. Represyon (baskılama) , bir korepresörün (corepressor; küçük bir
molekül) bir operonun transkripsiyonunu inhibe etmesi işlemidir.
B. Korepresör genellikle bir amino asittir ve represe edilebilen operondan
üretilen proteinler amino asitin sentezinde yer alırlar.
C. Tryptophan (trp) operon represe edilebilir.tryptophan korepresördür.
6. Positif Kontrol
Bazı operonlar (örn., arabinoz (ara) operon) transkripsiyonu aktive eden
mekanizmalarla açılır.
—  7. Attenuasyon (attenuation)
—  A. Bakteri hücrelerinde, transkripsiyonla translasyon aynı anda olur.
B.  Attenuasyon, yeni yapılmış transkriptin hızlı translasyonuyla ortaya çıkan
bir mekanizma yoluyla oluşur, transkripsiyonun sonlanmasına yol açar.
—  C. Trp operon, diğer bazı amino asit sentezleyen diğer bazı operonlar gibi,
23 attenuasyon ile regüle edilir.
Represyon
Ko-represörler
24
Transkripsiyon olmaz
Proteinler üretilmez
Tyrptophan(Trp)
operon
Tryptophan(trp)operon,
Tryptophan’ınaşamalı
sentezindegerekliolan
beşenzimikodlayanbeş
geni(mavi)içeren
Tryptophanoperon,E.
Colikromozomunun
kesin>sizdevamedenbir
bölümüdür.
trpmRNA(kırmızı)
Beşproteininsenteziiçin
başlamabölgeleri(yeşil)
SigmaFaktörleriGibiFaktörlerRNA
PolimerazlarınAkGvitesiniEtkiler
q Sigma faktörü gibi faktörler, RNA polimeraza bağlanarak, RNA
polimerazın aktivitesini etkiler ve spesifik promoterlara bağlanma
kapasitesini artırır.
q Hücredeki her çeşit RNA’yı sentezleyen, bir tane prokaryotik
RNA polimeraz vardır. Her RNA polymerase molekülü sadece
bir tane sigma faktör subünitesi içerir.
q E. Coli’deki major sigma faktörü, sigma (σ) faktor -70 dir,
ancak daha az miktarda olan başka sigma faktörleri de
vardır.
q E. Coli bütün RNA polimerazları tarafından transkripsiyonun
başlatılması, transkripsiyon başlama bölgesi yakınına bağlanan
represör ve aktivatörler tarafından regüle edilebilir (Sigma
54 –içeren RNA polimerazlar hariç).
faktör
σ
26
Transkripsiyonbaşlatmamekanizmalarının
diğerörnekleri
1. Sigma-54 faktörü olan RNA polimerazlar tarafından
gerçekleşen transkripsiyon promoterdan uzağa bağlanan
aktivatörler tarafından kontrol edilir.
2. Bakteriyal cevapların çoğu iki-bileşenli regülatör sistemler
tarafından kontrol edilir.
27
Sigma-54-RNA polimerazlar tarafından gerçekleşen
transkripsiyon
q  Sigma 54 –RNA polimeraz (σ 54 -azot (nitrogen)-sınırlayıcı sigma faktör- )
tarafından transkripsiyonu yapılan genler, genellikle başlama bölgesinden
yaklaşık 100 baz çifti yukarı kısımda (upstream) bulunan
güçlendiricilere (enhancers) bağlanan aktivatörler tarafından
regüle edilirler.
FosforlanmışNtrC
q  Aktivatör ile polimeraz
dimerleri
etkileştiğinde, ikisinin
bağlanma bölgeleri arasında ki
DNA bir halka (loop) yapar.
Örnek:σ-54-akGvatör—NtrC
protein(nitrogenregulatörprotein
C)—glnAgenininpromotorundaki
transkripsiyonuuyarır.
28
Bakteriyal cevapların çoğu iki-bileşenli regülatör sistemler
tarafından kontrol edilir:
q İki-bileşenli regülator sistemlerde, bir protein ortamdaki besin
seviyesini veya diğer bileşenleri izleyerek sensör (gözcü) görevi yapar,
ve ikici protein respons (cevap) regülatörü gibi davranır, böylece spesifik
genlerin transkripsiyonunu uyarır veya baskılar.
İKİ-BİLEŞENLİREGÜLATORSİSTEMLER
29
Ökaryotlarda Gen Ekspresyonunun
Regülasyonu
q  Çok hücreli canlılarda, gen ekpresyonunun kontrolü asıl
amacı, doğru gelişimsel kararı vermektir öyleki, embriyo
gelişimi ve doku farklılaşması sırasında doğru genler
doğru hücrelerde ekprese edilir.
q Ökaryotlarda da, bakterilerde olduğu gibi, gen ekpresyonunun
regülasyonunda ana sistem transkripsiyonal kontroldur.
30
Ökaryotlarda Gen
organizasyonu,
transkripsiyonu ve
translasyonu
Maya(yeast,Saccharomyces
cerevisiae)datryptophansentezi
içingerekliolanenzimleri
kodlayanbeşgendörtfarklı
kromozomüzerindetaşınır.
Ökaryotik gen Ekspresyonunun regülasyonu şu şekilde
yapılabilir:
1. Genlerdeki değişikliklerle (Kromozom (DNA)
modifikasyonları), spesifik kromozomların veya kromozom
bölgelerinin inaktivasyonu
2. Nükleus içerisinde transkripsiyon düzeyinde
regülasyonlarla. Chromatin remodelling
3. mRNA işlenmesi ve transportu veya mRNA stabilitesiyle
4. Sitoplazmada gerçekleşen translasyonla
32
Ökaryotlarda Transkripsiyon İçin
Genlerin Uygunluğunun Regülasyonu
q Hücreler farklılaşır ve farklı genler transkripsiyon için uygun olur.
q Tipik bir ökaryotik hücre nükleusu yoğun (heterokromatin)
ve gevşek (ökromatin) içerir.
q Inaktif genler heterokromatinde toplanmıştır ve
ökromatin (aktif genler) mRNA üretir.
33
Ökaryotlarda Transkripsiyon İçin Genlerin
Uygunluğunun Regülasyonu
q Hücresel genom histonlarla nükleozomlar içerisine paketlenmiştir,
transkripsiyonun başlatılması, eğer promoter bölgesi bir
nükleozomun parçasıysa engellenmiştir
q Ökaryotlarda, transkripsiyon için bir genin aktivasyonu,
kromatinde bir durum değişikliği gerektirir, buna chromatin
remodelling denilir.
q Bazı hücrelerde, bazı koşullarda, DNA’nın büyük kısmına
ulaşılması (genlerin transkripsiyona uygunluğu) gen
yeniden düzenlenmeleri ( rearrangements), gen kayıpları
(deletion) veya artırılmaları (amplification) ile de
etkilenebilir.
34
1.Genlerdekideğişiklikler
A. Spesifik kromozomlar veya kromozom bölgesi inaktive
edilebilir.
Örneğin, bir kadının her bir hücresindeki bir X kromozomu heterokromatine
yoğunlaştırılarak inaktive edilir (Barr bodiler).
B. Genler hücrelerden kaybolur (veya kısmen kaybolur) öyleki
fonksiyonel proteinler daha fazla üretilemez.
Örneğin, farklılaşma sırasında kırmızı kan hücreleri
C. Genler artırılabilir. Gen artırımı normal hücrelerdeki olağan bir
fizyolojik gen ekpresyonu regülasyonu değildir
Örneğin, onkogenler çok kopyalıdır (bazı meme kanserlerinde erB).
35
1.Genlerdekideğişiklikler
D. Gen (DNA) yeniden düzenleme (rearrangement). DNA
kısımları genomda, bir yerden başka yere hareket edebilir, birbirleriyle
çeşitli biçimlerde ilişki kuararlar, böylece farklı proteinler üretilir.
Örneğin,Lenfosit farklılaşması sırasında, ağır-zincir (heavy-chain) geni,
prekürsör hücrelerin DNAsındaki çok sayıdaki potensiyel dizilerden
spesifik kısımların kombinasyonu ile oluşturulmuştur.
36
Rearrangement of DNA.
1.Genlerdekideğişiklikler
E.DNA’dakibazlarınmodifikasyonubirgenintranskripsiyonal
akGvitesinietkiler.
DNAmeGlasyonu(methylaGon)
1.  Sitozin,me>llenebilir,sıklıkla,promotorbölgedebulunanCpG
adacıklarında
2.  Me>lasyonarXkça,gentranskripsiyonuazalır.
(a)Globingenlerinoneritroidhücrelerde,ekprese
edildiklerieritroidhücrelereoranlaçokdahafazlame>llenir.
(b)Kadınlarveerkekleriçinfarklıme>lasyonmodelleri
olmasıimprin>ng’intemelinioluşturur.
c.DNA metilasyonu genetik
İmprinting te genleri susturur (silencing)
(Prader-Willi and
Angelman syndromes).
37
Lokal kromatin modifye eden aktivitelerle transkripsiyon
düzeyinin regülasyonu
q Esasen, DNA kromatin yapısında paketlenmiştir ve gen ekpresyonu olması
tipik olarak aktivasyon gerektirir.
q Örn., histon asetilasyonu/deasetilasyonunu içeren kromatin-modifye edici
aktiviteler
q Histone asetilasyonu, çok sayıda genin gen ekspresyonunu artırır.
q  Sıklıkla, DNA metilasyonu ve histone deasetilasyonu gen
suskunluğunda (gene silencing), DNA’nın daha sıkı paketlenmesi
için sinyaldir, bu gen ekpresyonunu azaltır.
q DNA metilasyonu genetik imprinting’ de genleri suskunlaştırır
(Prader-Willi and Angelman syndromes).
q Son yıllarda, DNA metilasyonu, histon modifikasyonu ve
kodlanmayan RNA-bağlı gen suskunluğu (silencing) gibi
modifikasyonların epigenetik değişiklikleri başlatıp sürdürenler
38
olduğu düşünülmektedir.
2. Regulation of the level of transcription
A. Histon (histone) lar,Ökaryotik DNA ile bağlanan proteinlerdir,
nonspesifik reseptörler gibi davranırlar.
Histon asetilaz aktivitesi genellikle transkripsiyonu yapılacak olan DNA
bölgesine bağlanan transkripsiyon faktörleriyle ilişkilidir, DNA’dan
histonların uzaklaştırılmasını kolaylaştırır.
Histone asetilasyon (acetylation) histonlar ve DNA arasındaki
yükü azaltır, çok sayıda genin gen ekspresyonunu artırır.
Histone deasetilasyon (deacetylation) histonların DNA ile
yeniden bağlanmasını sağlar, geni suskunlaştırır
Heterokromatin (chromatin) histonların DNA ile sıkı bağlanmasıdır ve
genomun transkripsiyonal açıdan inaktif bölgelerini temsil eder.
Ökromatin (euchromatin) genomun transkripsiyonel açıdan aktif olan
bölgelerini temsil eder, bu kısımlarda histonların DNA ile bağlanması
azalmıştır.
39
a) represör-yönlendirimli histon
deasetilasyon
Maya transkripsiyon
kontrolünde
öngörülen histon
deasetilasyonu
(deacetylation) ve
hiper asetilasyon
(hyperacetylation)
mekanizmaları
40
b)aktivatör-yönlendirilmiş histon
hiperasetilasyonu
Ökaryotik Gen Kontrolüne Genel Bakış
ve RNA Polimerazlar
—  Ökaryotlarda gen ekspresyonunun kontrolü prokaryotlara göre çok
daha komplekstir.
—  Genel olarak, çok sayıda regülatör protein (faktör) işin
içindedir ve regülatör bağlanma bölgeleri transkripsiyonunu
promoter bölgeslerinden çok uzakta olabilir.
—  Ayrıca, ökaryotik gen ekspresyonu genellikle birlikte hareket eden
çeşitli regülatör proteinlerinin kombinasyonuyla regüle
edilir, bu gen ekspresyonu kontrolünde daha fazla esneklik sağlar.
41
Transkripsiyonun Ayarlanması
DNA’ya yukarılarda (upstream) bir yerde, bir aktivatör (activator) protein
bağlanması proteinleri promoter bölgeye çekebilir bu RNA polimerazı (green) ve
yani transkripsiyonu aktive eder.
DNA bir aktivator protein ve RNA polymerase aktivitesini yönlendiren diğer
proteinler (mediator) arasındaki bu bağlantıyı sağlamak için kendisini halka gibi
büker (loop). © 2010 Nature Education
42
Protein-Kodlayan Genlerdeki Regülatör
Diziler
q Ökaryotik protein-kodlayan genler genellikle, başlama bölgesi
yakınında veya uzağında yer alan çoklu protein-bağlanma kontrol
bölgeleri (transkripsiyon kontrol bölgeleri) aracılığıyla
regüle edilirler.
q Farklı hücre tiplerinde, aynı genin transkripsiyonunu
farklı kontrol bölgeleri kontrol edebilir.
43
Protein-Kodlayan Genlerdeki Regülatör
Diziler
q Ökaryotlarda, bakterilerde olduğu gibi, RNA polymerase,
promoter (başlatıcı) denilen özel bir DNA dizisine
bağlanır ve bir genin transkripsiyonunu başlatır.
q Promoter’lar RNA polymerase II nin direk olarak DNA’ya
bağlanmasını yönlendirirler,transkripsiyon başlatılma
bölgesini tayin ederler, ve transkripsiyon hızını etkilerler.
q  Ökaryotik DNA’da en yaygın olan promoter dizi, TATA box
(kutusu) tır.
44
ÖKARYOTİKRNAPOLİMERAZLAR
—  Üççeşitökaryo>kRNApolimeraz(polymerases)vardır:
—  RNApolymerases Yer sentezlenenRNAörneği
—  RNApolymeraseInucleolus
rRNAs
—  RNApolymeraseIInucleoplasmmRNA
—  RNApolymeraseIII nucleoplasm tRNA
—  Transkripsiyonfaktörleri,örneğinRNApolimerazIIiçinTFIID
gibi,transkripsiyonunbaşlaQlmasınayardımcıolurlar.
—  Terminasyoniçingerekliliklertamolarakbilinmemektedir.
45
Protein-Kodlayan Genlerdeki Regülatör
Diziler
Promoter-proximal (yakını) elementleri başlama bölgesinin
yukarısında ≈200 baz çiflik alanda yer alırlar ve özel bir geni regüle
etmeye yardımcı olurlar.
q Enhancer’lar (güçlendiriciler),çok sayıda kısa kontrol elementleri
içerirler, promotorun yukarısında veya aşağısında 2oo baz
çiftinden başlayan kilobazlarca uzak mesafede, intron içerisinde
veya genin sonuncu eksonundan aşağıda yer alabilirler
q  Promoter-proximal elementleri ve enhancer’lar sıklıkla hücretipi-spesifiktir, sadece spesifik farklılaşmış hücre tiplerinde
fonksiyon yaparlar.
q Ökaryotlarda represörlere bağlanan benzeri dizilere susturucu
(silencer) denilir. Aktivite mekanizmaları tam bilinmemektedir.
46
Enhancer’lar(Güçlendiriler)
Sadece
hepatositlerde
sentezlenir
Diğer
hücrelerde de
sentezlenir
Fare transthyretin (TTR) geninin transkripsiyon-kontrol
bölgesi. TTR hepatositlerde transkripsiyonu nda gereken beş
aktivatör için bağlanma bölgeleri gösterilmiştir. indicated.
47
Transkripsiyon Aktivatör ve Represörleri
Transkription faktörleri (aktivatörler ve represörleri):
q  Transkripsiyonu uyarırlar veya represe ederler
q  Ökaryotik DNA’da promoter-proximal elementlere veya
enhancer’lara bağlanırlar.
q Genellikle modüler proteinlerdir.
Transkripsiyon faktörleri iki tip bölge içerirler:
1. Bir DNA-bağlanma bölgesi
2. Bir veya birden fazla aktivasyon bölgeleri (aktivatörler için)
veya represyon bölgesi (represörler için)
q  Farklı bölgeler sıklıkla esnek polipeptid kısmı aracılığıyla
birbirine bağlanırlar.
48
Transkripsiyonfaktörleri
Ökaryotik transkripsiyon faktörlerinin DNA-bağlayan
bölgelerinde yaygın olarak bulunan yapısal motifler arasında zinc
finger (çinko parmak), leucine zipper (fermuar), helixturn-helix (heliks-sarmal-heliks), homeodomain protein
bulunur.
—  DNA-bağlayan motifler DNA daki hedef bölgelerindeki major
groove ile ilişki kuran bir veya daha fazla heliks içerirler.
Bir aktivasyon bölgesi transkripsiyon faktörünün diğer
transkripsiyon faktörlerine, RNA polimeraz II ‘ye ve kromatinmodifiye eden proteinlere bağlanmasını, dolayısyla transkripsiyonun
başlatılmasını uyarmasını sağlar.
49
Zinc Finger (Çinko Parmak)
Homodimeriklösin-zippervebasithelix-loop-helix
(bHLH)proteiniileDNAarasındakietkileşim
50
DNA-BağlananBölge:ZincFinger
Proteinleri
Drosophila(meyvesineği)Homeodomain
proteini.Fossilmüzesi
Transkripsiyon Aktivatör ve Represörleri
q Transkripsiyon faktörleri belli zamanda belli bir hücrede eksprese
edilirler.
q  Transkripsiyonal kontroldaki kombinasyonal kompleksite,
monomerlerin alternatif kombinasyonlarından ve kontrol
bölgeleri oluşturmak için transkripsiyonal faktörlerinin
kooperatif bağlanmasından kaynaklanır.
51
Farklı Hücre Tipleri/Regülatörlerin
Spesifik Kombinasyonları
—  Farklı hücreler karakteristik transkripsiyonal regülatör seti
sentezlerler.
—  Aslında, multiorganizmalar geliştikçe, bu organizmalardaki
farklı hücreler regülatörlerin spesifik kombinasyonlarını aktif
yapar veya durdurur.
—  Bu tip gelişim modeli olgun
organizmadaki çeşitli hücre
tiplerinin sorumlusudur.
52
© 2010 Nature Education
Transkripsiyonun Aktivasyon veya
Represyon Mekanizması
—  Ökaryotik transkripsiyon aktivatörleri ve represörleri
aktivitelerini daha çok multisubunit ko-aktivatörlere
veya ko-represörlere bağlanarak gösterirler.
—  Mediator, Başka bir çeşit koaktivatör, Polimeraz II
transkripsiyon başlama öncesi kompleksinin bir araya
getirilmesini Polimerase II ve transkripsiyon faktörleri ile
etkileşme yoluyla (direk etki) veya kromatin yapısını
değiştirerek (indirek etki) etkiler.
53
ÖkaryoGkGenKontrolüneveRNAPolimerazlara
GenelBakış
Mediator:
Başkabirçeşit
koakGvatör:
mulGprotein
koakGvator
düzeneği
(machine)
54
Enhancer(güçlendirici)dizilerinde
MulGproteinKompleksleriOluşur
İnterferon enhancer’ı üzerinde oluşan enhancesome modeli
55
ÖkaryoGkGenEkspresyonununRegülasyonu
q Ak>vatörproteinlervebirkısımrepresörproteinler
prokaryotlardaolduğugibiökaryotlardadaönemlidir.
q Ökaryotlarda,akGvatörproteinlerin(transkripsiyon
faktörleri)bağlandığıDNAdizilerine,response(cevap)
elementleridenir.
q Responseelementlerininbirkısmıpromoter(başlafcı)
bölgede(upstreampromoterelements-UPE-)dir.
q Responseelementlerininçoğunluğu,sıklıklabirenhancer
(güçlendirici)bölgeyaratmakiçin,promotordışında
kümelenmişdurumdadır,bugenekpresyonununçoksayıda
sinyallekontrolünüsağlar.
56
Transkripsiyon-Faktör Aktivitesinin
Regülasyonu
Hücre dışı (ekstraselüler) Sinyallerle :
1. Çok sayıda transkripsiyon faktörünün aktivitesi, ekstraselüler
peptid ve proteinlerin hücre reseptörlerine bağlanmasıyla indirek
olarak regüle edilir. Peptid ve proteinler plazma membranındaki
reseptörlere bağlanarak hücreiçi sinyal-aktarımı yollarını harekete
geçirirler.
2. lipid-soluble hormonlar: -çeşitli steroid hormonlar,
retinoidler, ve tiroid hormonlar gibi- plazma ve nüklear
membranlardan geçebilirler ve kontrol ettikleri transkripsiyon
faktörleri ile direk olarak etkileşebilirler.
Örn., nuclear-receptor superfamily
57
Regulation during processing and transport of
mRNA
—  Capping, poliadenilasyon, ve kesim (splicing) sırasında oluşan
Regülatör mekanizmalar amino asit dizisini veya mRNA’dan üretilen
proteinin miktarını değiştirebilir.
a. Alternatif splice bölgeleri farklı mRNA’lar üretmede
kullanılabilir.
b. Alternatif polyadenylation bölgeleri farklı mRNA’lar
oluşturmada kullanılabilir.
c. mRNA’lar nükleusta sentezlenmeleri sonrası ve sitoplazmadaki
translasyonları öncesinde nükleazlar tarafından yıkıma uğratılabilir.
d. RNA editing itranskripsiyon sonrasında mRNA’daki baz
değişikliklerini içerir (“editing”)
e. Small, interfering RNA (SiRNA) (miRNA)
58
RNA editing
Karaciğer ( liver), apoprotein B (Apo B) geni (Apo B-100) proteinini
üretirken,
Barsak (intestinal) hücrelerinde aynı gen, (Apo B-48) proteinini üretir.
59
Translasyonal Düzeyde Regülasyon
Protein sentezi başlama (initiation) veya uzama (elongation)
reaksiyonları sırasında kontrol edilebilir. can be regulated at
the translational level, during the initiation or elongation reactions.
Örneğin:
mRNA’daki Iron-response elementleri (IREs) ferritin (demir
depolayıcı protein) ve transferrin reseptor (transferrin demiri
dolaşımda taşır, ve hücreye transferin reseptörüne bağlanarak girer)
ilgili mRNA’ların translasyonlarını regüle ederler.
Demir seviyesi (iron) yükseldiğinde, bu elementler ya mRNA’yı
dayanıksız kılarlar (transferrin reseptör) veya mRNA translasyonuna
izin verirler (ferritin).
60
A.FerriGnsentezinintranslasyonalregülasyonu
B.TransferinreseptörümRNA’sınındegradasyonununregülasyonu
61
GENETİKHASTALIKLARIN
MOLEKÜLERTEMELİ
62