DNA TAMİRİ 2019-2020 PDF

DNA tamiri Mekanizmaları
Doç. Dr. Tuba EDGÜNLÜ MSKÜ TIBBİ BİYOLOJİ AD. Yrd. Doç. Dr. Sevim KARAKAŞ ÇELİK DNA KOLAYCA ETKİLENEN BİR YAPI MI? Yapısında bulunan H ve fosfodiester bağları kompleks ama oldukça dayanıksız kimyasal bağlardır. Zararlı etkenin sürekli etkisi sonucu DNA’da onarılamaz hasarla...

DNA tamiri Mekanizmaları
Doç. Dr. Tuba EDGÜNLÜ MSKÜ TIBBİ BİYOLOJİ AD. Yrd. Doç. Dr. Sevim KARAKAŞ ÇELİK DNA KOLAYCA ETKİLENEN BİR YAPI MI? Yapısında bulunan H ve fosfodiester bağları kompleks ama oldukça dayanıksız kimyasal bağlardır. Zararlı etkenin sürekli etkisi sonucu DNA’da onarılamaz hasarlar meydana gelmekte ve sonuçta hücre, ya apoptoza girmekte ya da kanser oluşumu görülmektedir. DNA hasarı sonucunda oluşan yüksek oranda mutasyon, Vücut hücrelerinde oluyorsa birey etkilenir. Germ hücrelerinde oluşuyorsa tür etkilenir. Mutasyon: - Genetik materyali oluşturan nükleotidlerin sıralanmasında, sayısı ya da çeşidinde ortaya çıkan kalıtsal değişikliklerdir. - Mutasyona neden olan maddeler “mutajenler” olarak adlandırılır. Mutajenler eğer kanser oluşumuna neden oluyorsa “karsinojenler” olarak tanımlanır. Hücre DNA hasarlarına karşı farklı metabolik yollarla cevap verir. Ağır DNA hasarları hücrenin apoptoz yolunu aktive ederek hücreyi ölüme götürür. Hücre DNA hasarlarını DNA tamir mekanizmaları ile tamir edebilir. DNA hasarları tamir edilemezse mutasyona ve sonuç olarak genomik kararsızlığa neden olur. Genomik kararsızlık, hem kanserin hem de yaşlanmanın önemli bir belirtisidir. DNA onarımı nükleazlar, helikazlar, polimerazlar, topoizomerazlar, rekombinazlar, ligazlar, glikozilazlar, demetilazlar, kinazlar ve fosfatazların kimyasal olarak modifiye edilmiş enzimatik aktivitelerine göre gerçekleştirilmektedir. Ökaryotik hücreler doğru zamanda doğru yerde, doğru faktörleri aktive etmek için geliştirilmiş stratejilere sahiptirler4. İnsanda DNA onarımında 130’dan fazla genin görev aldığı tahmin edilmektedir, bu sayı muhtemelen daha yüksektir, fakat bu genlerden sadece %50’sinin fonksiyonu bilinmektedir. DNA HASARINA YOL AÇAN ETKENLER * Güneş ışığı * X ışını * Mutajenler * Reaktif kimyasal ajanlar (oksijen radikalleri vb.) * Alkilleyici ajanlar * Polisiklik aromatik hidrokarbonlar Hücrelerin DNA hasarlarını onarabilme yetenekleri hasarın tanınması, tanınması hasarlı kısmın DNA zincirinden uzaklaştırılması ve kalan boşluğun doldurulması gibi işlevleri kapsamaktadır. Onarım mekanizması olmaksızın yaşamın devamı mümkün değildir. https: //highered.mheducation.com/sites/9834092339/student_view0/chapter15/pr oofreading_function_of_dna_polymerase.html 12 DNA TAMİR MEKANİZMALARI TAMİR MEKANİZMALARINI DÖRT GRUPTA İNCELEYEBİLİRİZ. TAMİR MEKANİZMALARI 1. GERİ DÖNÜŞ MEKANİZMASI (Direct reversal) 2. EKSİZYON TAMİRİ a) NÜKLEOTİD EKSİZYON TAMİRİ (NER) * Genom tamir yolu (GGR) * Transkripsiyona kenetlenmiş tamir (TCR) yolu b) BAZ EKSİZYON TAMİRİ (BER) 3. MİSMATCH REPAİR (Yanlış eşleşme tamiri) 4. REKOMBİNASYON TAMİRİ
1. GERİ DÖNÜŞ MEKANİZMASI (Direct reversal)


Burada bazların yanlış eşleşmesi söz konusu değildir. Baz dizisi doğru ancak kimyasal yapı olarak farklıdırlar. İki tipi vardır. 1-Fotoreaktivasyon 2-Metil grubunun demetilasyonu: 1- Fotoreaktivasyon (Timin dimeri Oluşumu) Ultraviole ışınlar sonucu timin dimerleri oluşur. 260 nm boyundaki UV ışınları DNA tarafından absorbe edilmektedir. Bu da iki primidin arasında fotokimyasal füzyona neden olmaktadır. X-ray ve gama radyasyon DNA üzerinde direkt olarak çift heliks yapısını kırdığı için daha tehlikelidir.
DNA fotoliyaz Tek ve çift sarmal DNA üzerinde bulunan timin dimerleri prokaryot ile ökaryotlarda bulunan ve 300-600nm dalga boyundaki ışıkla uyarılan DNA fotoliyaz tarafından birbirinden ayrılmaktadır. 20 2-Metil grubunun demetilasyonu: Diğer bir örnekte; 6.C atomu metillenen guaninin metil grubunun kesilerek çıkarılmasıdır. Bu işlemi metiltransferaz enzimi yapar. Metil grubunu kesip guaninden ayırarak hataya düzeltir. 21 2-Metil grubunun demetilasyonu: 2. EKSİZYON TAMİRİ Eksizyon tamiri sırasında yanlış eşleşmiş veya uygun olmayan (DNA’daki urasil gibi) yapılar genomdan kesilerek yerlerine doğru dizideki bazlar konulur. 24 Eksizyon tamiri NER (Nükleotid eksizyon tamiri) ve BER (baz eksizyon tamiri) olmak üzere 2’ye ayrılır. Eksizyon onarım mekanizması genel olarak; A. Hasarın tanınması (en önemli basamağı oluşturmaktadır). B. Hasarı içeren parçanın kesip çıkartılarak [eksizyon] uzaklaştırılması, C. Tamir bölgesinde oluşan boşluğun DNA polimeraz tarafından doldurulması D. Oluşan çentiğin ligasyonu ile DNA çift zincirinin bütünlüğünün tamamlanması basamaklarından oluşmaktadır. b) BAZ EKSİZYON TAMİRİ (BER)
Baz Eksizyon Tamiri, DNA bazlarının doğal hidrolizi veya kimyasal ajanlar nedeni ile oluşan uygun olmayan bazların tamiri ile ilgilidir. BER’de görev alan enzim DNA glikozilazdır. Spontan veya kimyasallarla olan deaminasyon veya iyonize radyasyon ve oksidatif hasar sonucu oluşan baz değişikliklerine spesifiktir. O6-MGMT ile Onarım
Guanin bazının O6 pozisyonundaki alkilasyon, DNA’da meydana getirilen çeşitli alkilasyon lezyonlarından en mutajenik olanlarından biridir. O6-methylguanine (O6-meG), transkripsiyon sırasında RNA polimeraz II’nin uzatma görevini kısmi olarak bloke etmektedir. Eğer tamir edilemezse, hücrenin ilk replikasyonu sonunda O6-MeG karşısına tamamlayıcı baz olarak timin geçer. b) BAZ EKSİZYON TAMİRİ (BER)
Glikozilaz enzimi hasar bölgesinde, glikozidik bağların kırılmasını sağlayarak hatalı bazın ortadan kaldırılmasını sağlar. İnsan DNA’sında sekiz farklı glikozilaz enzimi tanımlanmıştır DNA glikozilaz, uygun olmayan bazı tanır. Deoksiriboz şeker ve baz arasındaki N-glikozidik bağın hidrolizi ile uzaklaştırır. Abazik bölge oluşur (AP bölge). AP bölgeyi spesifik AP endonükleaz enzimleri tanır ve bu zincirde bir çentik açar. Endonükleaz enzimi fosfat ve şekeri ayırır. Oluşan boşluk DNA polimeraz I/ DNA polimeraz  ile doldurulur ve ligaz ile fosfodiester bağlantı sağlanır. Nükleotid Eksizyon Tamiri (NER) Bu onarım sisteminde iş gören enzimler zarar görmüş bir bazı veya zararın tipini tanımazlar. DNA sarmalının biçiminde meydana gelen bükülüp katlanmalar gibi daha genel özellikleri tanırlar. NER’in ilk basamağı, hasarın tanınması ve hasarlı zincirin 24 32 bazlık kısmının çıkartılmasıdır. Bu basamağı, DNA zincirinin DNA polimeraz I ile uzatılarak boşluğun doldurulması ve ligasyon basamağı izler. REN 35 Nükleotid Eksizyon Tamiri (NER) DNA'nın sarmal yapısında geniş bozulmalara neden olan DNA lezyonları NER sistemi ile onarılır. BER’de bazlar tek olarak kesip çıkarılırken, NER’de hasarlı bazlar oligonükleotid parçaları olarak kesip çıkarılır. Prokaryotlarda anahtar enzimatik kompleks ABC ekzinükleazdır. 3 altünitesi vardır. uvr A, uvr B, uvr C 2uvr A ve 1 uvr B’den oluşan kompleksi DNA’yı tarar ve hasar bulunduğunda DNA’ya bağlanır. uvr B DNA yı çözer UvrC nin bağlanmasını sağlar. UvrC hasarın 3' ucuna 4–5 nükleotid, 5' ucuna 8 nükleotid uzaktan çentikler açar. DNA helikaz (uvrD) bu 12–13 nükleotidlik parçası uzaklaştırır. UvrC ayrılır UvrB ise yerinde kalarak ipliğin zarar görmesini engeller ve DNA Polimerazın gelmesini sağlar. Boşluk DNA Polimeraz I tarafından doldurulur. Ligaz ile uçlar bağlanır. 38 NER https: //highered.mheducation.com/sites/9834092339/student_view0/chapter15/nucl eotide_excision_repair.html 39 NER (Nükleotid Eksizyon Tamiri) * Genel genom tamir (GGR) yolu; Transkribe olan ve olmayan DNA zincirindeki DNA hasarını tamir eder. * Transkripsiyona kenetlenmiş tamir (TCR) yolu; Aktif o l arak t ranskri be o l an ge nl e ri n t ranskri be e d i l mi ş zincirindeki hasarları tamir eder. a) NÜKLEOTİD EKSİZYON TAMİRİ (NER)
NER’de hasar XPC proteini tarafından tanınır. 42 XPC proteini HHRAD23B (R23) proteinine bağlanır. XPC– HHRAD23 kompleksinin hasara bağlanması DNA yapısının kısmen açılmasına neden olmakta ve tamir mekanizmasında görev alan diğer proteinlerin (XPA, RPA, TFIIH ve XPG proteinleri) bu bölgeye toplanmasını ve bağlanmasını sağlamaktadır. XPA ve RPA baz hasarının özgül olarak tanınmasını kolaylaştıran proteinlerdir. baz hasarının özgül olarak tanınmasını kolaylaştıran proteinlerdir. 44 TFIIH proteini 9 alt üniteden ve helikaz özelliğine sahip 2 proteinden (XPB ve XPD) oluşur. Bu proteinler hasarın tamiri esnasında DNA zincirini açar. XPB DNA’da 3’→5’ XPD de 5’→3’ yönünde helikaz aktivitelerine sahiptir. Helikaz aktiviteleri nedeniyle TFIIH DNA zincirinin 20-30 nükleotidlik bir bölgesinin açılmasını sağlar. Daha sonra hasarlı zincir üzerinde sırayla kesim olayı gerçekleşir. XPG proteini 3’ bölgesinde, hasardan 2 -8 nükleotid uzaklıktan keser. XPF/ERCC1 ise 5’ bölgeden hasardan 15-24 nükleotid uzaktan keser. 46 47 Hasarlı bölgeyi içeren 24-32 nükleotid serbest bırakılır. Serbest bırakılan bu nükleotid, hasarı tanıyan proteinlerden XPC/hHR23B proteinine bağlı olarak ortamdan uzaklaştırılır. DNA zincirindeki boşluk DNA replikasyon faktörü C (RFC), prolifere edici hücre nükleer antijeni (PCNA) ve DNA polimeraz ile doldurulur. PCNA, RFC ile birlikte DNA kalıbı üzerine DNA polimerazların yerleşmesini sağlar. NER mekanizmasındaki son basamak PCNA proteininin ayrılması ve ligaz I ile yeni sentezlenen DNA zincirinin ligasyonudur. 49 50 51 52 53 3. MİSMATCH REPAİR (Yanlış eşleşme tamiri)


DNA sentezi tamamlandıktan sonra DNA replikasyonu sonucu ortaya çıkan hataların düzeltilmesinde görev almaktadır. Direkt onarım ve kesip çıkartma onarımında esas, normalde DNA molekülünde bulunmayan bazların tanınmasıdır. Yanlış eşleşme onarımında ise normalde DNA molekülünde bulunan bazlar değiştirilmektedir. 55 56 Yanlış eşleşme her zaman eski zincirdeki bilgiye göre düzeltildiği için onarım sisteminin, eski zincir ile yeni sentezlenen zinciri ayırdedebilmesi gerekmektedir. 58 Bu ayırım eski zincir üzerinde bulunan fakat yeni sentezlenmiş zincirde henüz bulunmayan metil grupları aracılığı ile olmaktadır. Dam metilaz, 5’ GATC dizisindeki adenini metillemektedir. Replikasyondan hemen sonra yaklaşık ilk bir dakika içinde eski zincir metillenmiş, yeni sentezlenen zincir ise henüz metillenmemiştir. Bu kısa geçiş süresi,yeni zincirin tanınmasını sağlamaktadır. E.coli yanlış eşleşme onarım sisteminde MutS, MutH ve MutL proteinleri anahtar rolü oynamaktadır. MutS proteini yanlış eşleşmiş baz çiftinin içinde bulunduğu geniş bir bölgeye, MutH proteini ise GATC dizisi taşıyan bölgeye bağlanmaktadır. MutL proteini, MutS MutH proteinlerini birbirine bağlamaktadır. GATC 62 63 64 65 66 67 https: //highered.mheducation.com/sites/9834092339/stud ent_view0/chapter14/methyldirected_mismatch_repair.html 68 4. REKOMBİNASYON TAMİRİ
Çift zincir kırıklarının tamirinde görev alır. REC-A, REC-A çift zincir de aynı anda oluşmuş olan DNA kırıklarını tanıyabilmektedir. Mutasyonlarında meme ve over CA ortaya çıkmaktadır. 70
İnsanlarda DNA Onarımındaki hatalardan kaynaklanan bazı hastalıklar:
 Xeroderma pigmentosum  Cockayne sendromu  Trikotiyodistrofi  Bloom sendromu  Kalıtsal non-polipozis kolorektal kanser  Amiyotrofik lateral distrofi  Ataxia telangiectasia  Werner sendromu KSERODERMA PİGMENTOZUM (XP) * Güneş ışığına aşırı derecede duyarlıdırlar. Bu nedenle bu hastaların güneş ışığına maruz kalan bölgelerinde deri kanserleri artmaktadır. Ek olarak nörolojik anomaliler ile de karekterizedir. * Bu hastalıkta NER mekanizmasının çeşitli basamaklarında bozukluk vardır 75 COCKAYNE SENDROMU * Büyüme, mental retardasyon ve cücelik ileri derecede nöronal ve retinal dejenerasyon görülmektedir. * Bu hastalar UV gama ışınlarına ve hidrojen gibi DNA’ya hasar veren ajanlara karşı peroksit çok duyarlıdırlar. RNA sentezi sırasında oluşan hasarlar nedeniyle meydana gelmektedir. 77 TRİKOTYODİSTOFİ
Sülfür eksikliğine bağlı saç kırılmaları, büyüme geriliği ve zeka geriliği ile karakterizedir. XPB, XPD ve TTD A olmak üzere 3 komplementasyon grubu tanımlanmıştır. Hastalar genelde güneş ışığına duyarlıdır. Ancak deri kanserleri gelişimi görülmemektedir. 79