Genom Yapısı ve Organizasyonu

Genom Yapısı ve Organizasyonu

• Genom yapısı ve organizasyonu ile ilgili bir sunumun özetidir.
• İlk dizilenen hücresel genomlar 1995 yılında Haemophilus influenzae (1.8x10⁶ baz çifti) ve 1996 yılında Saccharomyces cerevisiae (12x10⁶ baz çifti) olmuştur.
• Diğer önemli organizmalar arasında C. Elegans, Drosophila ve Arabidopsis thaliana bulunur.

Temsili Genomlar

• Çeşitli organizmaların genom boyutları ve protein kodlayan gen sayıları, protein kodlayan dizilerdeki oranlar ile ilgili detaylı bir tablodur.
• Örneğin, Bacteria (H. influenzae)'nin genom boyutu 1.8 Mb'dir ve 1700 protein kodlayan gen içerir, protein kodlama dizilerinin oranı %90'dır.
• Human organizması ise 3000 Mb genom boyutu ve yaklaşık 20.000 protein kodlayan gen ile protein kodlayan dizilerin oranı %1.2'dir.

İnsan Genom Projesi

• Projenin amacı, insan genomunun tüm nükleotid dizilimini belirlemektir (~3x10⁹ baz çifti).
• Proje, farklı yaklaşımlar kullanan iki bağımsız araştırma grubu (Eric Lander grubu ve Celera Genomics) tarafından yürütülmüştür.
• Taslak 2001 yılında yayınlanırken, Uluslararası İnsan Genom Dizileme Konsorsiyumu 2004 yılında yayınlamıştır.

Genom Projesi Sonuçları

• Tahmini 100.000 gen yerine, yapılan çalışmalar, insan proteinlerinin %40'ından fazlasının, maya, Drosophila ve C. Elegans gibi diğer organizmalardaki proteinlerle ilişkili olduğunu ortaya koymuştur.
• Proteinlerin çoğu metabolizma, DNA replikasyonu ve onarımı, transkripsiyon, translasyon ve protein trafiği gibi temel hücresel işlemlerde rol alır.
• İnsan protein domainleri, diğer organizmalarda bulunanlara benzer olmakla birlikte, özgün kombinasyonlarda birleşerek farklı proteinler oluşturabilmektedir.

Ökaryotik Gen Yapısı

• Ökaryotik genom, prokaryotik genomdan daha büyük ve karmaşıktır ve gen sayısı ile genom büyüklüğü arasında doğrusal bir ilişki bulunmamaktadır.
• Ökaryotik genler, protein kodlayan bölümler (ekzonlar) ve kodlamayan bölümleri (intronlar) içerir.

İntronlar ve Ekzonlar

• Ökaryotik genlerin çoğunda, protein kodlayan bölümlerin (ekzonlar) arasında kodlamayan diziler (intronlar) bulunur.
• Ökaryotik genlerde bulunan intron sayısı ile ekzon sayısı da karmaşıktır. İnsan ortalama 8-9 çeşit ekzona sahiptir fakat farklılıklar söz konusudur.
• İntronlar 1977 yılında adenovirüslerde ve 1977'de fare ß-globin geninde keşfedilmiştir.
• İnsan geninin ortalama %3'ü protein kodlayan diziden oluşurken, %93'ü introndan oluşur ve intronlar DNA'daki miktar bakımından ekzonlardan daha fazladır.

İntronların Rolleri

• İntronlar, gen ekspresyonunun düzenlenmesini kontrol eder ve hücre davranışı için kritiktir.
• İntronlar, farklı hücre türlerinde farklı düzenleyici düzenlemeler nedeniyle aynı gen farklı protein türlerini üretebilir.
• Örneğin, insan beyin hücreleri ve kas hücreleri arasındaki farklılıklar farklı gen ekspresyonlarından kaynaklanır.
• İntronların karmaşıklığından dolayı, araştırma süreci oldukça zorlayıcıdır.

Kodlamayan Diziler - Kodlamayan RNA'lar

• İntronların yanı sıra, genomlarda bulunan ve protein kodlamayan RNA'lar (ncRNA'lar) vardır.
• Çeşitli ncRNA'lar vardır; örneğin, miRNA veya lncRNA.
• miRNA, gen ekspresyonunu düzenleyen küçük ncRNA'lardır.
• lncRNA, 200 nükleotidten daha uzun ncRNA'lardır.

Kodlamayan Diziler - Tekrarlayan Diziler

• Ökaryotik genomların büyük bir kısmı tekrarlayan DNA dizilerinden oluşur.
• Basit dizi tekrarları, 1-500 nükleotidlik kısa tekrarların tekrar eden dizilerden oluşmasıyla meydana gelir.
• Hem SINE hem de LINE yer değiştirebilen elemanlardır (transpoze edilebilir elemanlar).
• Retrotranspozonlar, genom içinde ters transkripsiyon ile hareket edebilirler.

Kodlamayan Diziler - Gen Duplikasyonu ve Psödogenler

• Gen duplikasyonu, orijinal genin bir kopyasının oluşmasıyla meydana gelir.
• Duplikasyonlar, farklı hücre türlerinde veya farklı dokularda farklı gen ürünleri üretmek için kullanılabilir.
• Psödogenler, işlevini kaybetmiş gen kopyalarıdır.
• Psödogenler, evriminde gen fonksiyonunu kaybeden ancak, genetik çeşitliliğe katkıda bulunan yapıdadır.

Kodlamayan Diziler - ENCODE Projesi

• ENCODE Projesi, insan genomundaki tüm fonksiyonel elemanların tanımlanması amacıyla kurulmuştur.
• En azından 2003 yılından beri sürdürülen proje, gen ifadesinin insan hücrelerindeki işlevsel rolünü anlamaya yardımcı olmuştur.
• Genomun büyük kısmının RNA'lar tarafından transkribe edildiği sonucu çıkarılmıştır (%75 civar).