RNA İşlenmesi ve Çeşitleri PDF

RNA İŞLENMESİ VE RNA ÇEŞİTLERİ DR. ÖĞR. ÜYESİ: SEVİDE ŞENCAN ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOLOJİ ANABİLİM DALI RNA İŞLENMESİ Ökaryotlarda mRNA İşlenme Basamakları 7-metilguanozin başlığın görevleri Poli-adenilasyon-Poli A kuyruğu RNA kırpılması (Splicing) İntronların yapısı Küçük...

RNA İŞLENMESİ VE RNA ÇEŞİTLERİ DR. ÖĞR. ÜYESİ: SEVİDE ŞENCAN ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOLOJİ ANABİLİM DALI RNA İŞLENMESİ Ökaryotlarda mRNA İşlenme Basamakları 7-metilguanozin başlığın görevleri Poli-adenilasyon-Poli A kuyruğu RNA kırpılması (Splicing) İntronların yapısı Küçük nüklear ribonükleoproteinler (snRNP) Splaysozomun Oluşumu ve Kırpılma Alternatif kırpılma Ökaryotik mRNA oluşumuna genel bakış Prokaryot ve Ökaryotlarda RNA işlenmesi Ökaryot-Prokaryot Transkripsiyon Farkları Ökaryot-Prokaryot Transkripsiyon Farkları NÜKLEAZLAR Hücresel mRNA’lar farklı hızlarda yıkılırlar RNA Parçalanması RNA ÇEŞİTLERİ DR. ÖĞR. ÜYESİ: SEVİDE ŞENCAN ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOLOJİ ANABİLİM DALI RNA ÇEŞİTLERİ RNA Çeşitleri 1. Mesajcı RNA (mRNA): Translasyon mekanizması ile herhangi bir protein molekülü sentezlenmesine aracılık eder. 2. Ribozomal RNA (rRNA): Ribozomların yapısında bulunur. 3. Transfer RNA (tRNA): Amino asitleri taşır ve ribozomlarda polipeptit zincirine katılmasına yardımcı olur. 4. Küçük nükleer RNA (snRNA): mRNA, tRNA ve rRNA’nın genlerden transkripsiyonu yapıldığında büyük öncül moleküller (primer transkript) oluşur. Bu transkriptler sitoplazmaya gönderilmeden önce çekirdekte işlenerek fonksiyonel moleküller oluşturulur. Bu işlemlerden bir kısmı snRNA’lar tarafından gerçekleştirilir. 5. Küçük nükleolar RNA (snoRNA): pre-rRNA’nın işlenmesinde görev alır. 6. microRNA (miRNA): Hedef mRNA’ları bloklayarak gen ekspresyonunun düzenlenmesinde görev alan yaklaşık 22 nükleotitlik RNA molekülleridir. 7. Small interfering RNA (siRNA): miRNA’lara benzer şekilde hedef mRNA’lara bağlanarak parçalanmasını sağlar ve bu şekilde gen ekspresyonunun düzenlenmesinde rol alır. 8. XIST RNA: Dişi omurgalılarda X kromozomlarından birinin inaktive olarak Barr cisimciği oluşumunu sağlar. 9. srpRNA: Ribozom üzerinde sentezlenen proteinlerdeki sinyal dizilerini tanıyarak proteini ER üzerine taşıyan SRP (Signal Recognition Protein) yapısında yer alan RNA’dır. srpRNA +6 protein = SRP 10. Telomer RNA: Telomer sentezinde görevli Mesajcı RNA (messenger RNA) (mRNA) Son ürünü bir polipeptit olan genler yapısal genler olarak adlandırılmakta ve bu genlerden transkribe olan RNA’lara da mRNA denmektedir. mRNA’lar kodlayacakları polipeptidin uzunluğuna bağlı olarak çok farklı uzunluklarda olabilirler. DNA’daki bilgi, mRNA’ya aktarılır ve sentezlenecek proteinin amino asit dizisi belirlenir. mRNA üzerindeki her üç nükleotit bir amino aside karşılık gelir ve bu üçlü baz gruplarına kodon denir. Hücreler binlerce farklı mRNA sentezler ve her biri hücre tarafından gereksinim duyulan polipeptitlere dönüştürülür. mRNA çeşitlerinden bazıları hücrelerin çoğunda bulunur. Bu transkriptleri kodlayan genlere “housekeeping” genler denilir. Diğer mRNA’lar yalnızca belirli tip hücrelere spesifiktirler. Bu mRNA’ların kodladığı proteinler özel bir görev için farklılaşmış olan hücrelerde sentezlenir (ör. Eritrosit hücrelerinde hemoglobin kodlayan mRNA). Transfer RNA (tRNA) tRNA, translasyon sırasında, amino asitlerle kodonlar Her bir tRNA molekülü, antikodon olarak adlandırılan ve Amino asite bağlanma yeri mRNA üzerindeki kodon dizilerine komplementer olan üçlü nükleotid dizileri taşımaktadır. Bilinen 20 amino asitin her biri için bir ile dört arasında Ribozoma tutunma halkası tRNA molekülü vardır. Yapılarında yaklaşık 73-93 nükleotid bulunur. DHU halkası (Aminoaçil sentetaz ile etkileşir) arasında adaptör görevi yapan moleküllerdir. Hücresel RNA’nın yaklaşık %15’ini oluşturur tRNA’nın yapısındaki bazların çoğu birbirleri ile eşleşerek yonca yaprağı şeklini alır. Baz eşleşmesi yapmayan bölgelerde 3 adet loop Antikodon (halka) oluşmuştur. Her bir tRNA moleküne özgün bir aminoacil sentetaz ile spesifik bir aa ilave edilir. tRNA Kodon Antikodon halkası (mRNA ile etkileşir) Sentezlenen tRNA transkripti kesim ve baz modifikasyonları ile olgunlaştırılarak spesifik aa’in bağlanmasına uygun hale getirilir. tRNA’ların protein sentezi esnasındaki görevleri, sitoplazmadaki amino asitleri protein sentezinin yapıldığı ribozomlara taşıyarak, orada bulunan mRNA’daki şifreye göre bu amino asitlerin dizilimini sağlamaktır. tRNA antikodonundaki bazlar, protein sentezi için kalıp görevi gören mRNA’nın üzerinde bulunan bazların (üçlü kodonların) tamamlayıcısıdırlar. İnsanlarda proteinlerin yapısına giren 20 çeşit amino asit bulunmakta ve her bir amino asiti tanıyan en az bir adet tRNA molekülü bulunmaktadır. Bazı amino asitler birden fazla tRNA molekülü tarafından tanınmaktadır. Ribozomal RNA (rRNA) Ribozomal RNA’lar, ribozomların yapısını oluşturan majör moleküllerdir. Ribozomların yapısı, %60 rRNA ve %40 proteinden ibarettir. rRNA yüksek oranda G ve C içermesiyle, total baz bileşimi bakımından DNA ve mRNA’dan farklılık gösterir. Ribozomlar hem ökaryot hem de prokaryot hücrelerde protein sentezinin yapıldığı bölgelerdir. rRNA’lar mRNA’nın ribozoma doğru olarak yerleşmesini sağlar. Hücresel RNA’nın %80’nini oluşturur. Pre-rRNA transkripti olarak sentezlenirler ve kesilerek alt birimlere ayrılırlar. Pre-rRNA’nın işlenmesi, nükleolusta yerleşik olan proteinler ve snoRNA’lar tarafından gerçekleştirilmektedir. Ribozom  Ribozomlar, aminoasit monomerlerinin proteinlere (polipeptitlere) dönüştürüldüğü küresel biçimli ve yaklaşık olarak 15-20 nm çaplı yapılardır  Tüm prokaryotik ve ökaryotik hücrelerde ve ayrıca da organellerden mitokondri ve plastitlerde bulunur.  Her bir ribozom farklı büyüklükte iki alt birimden oluşur  Ribozomlar, alt birimleri ve rRNA’lar büyüklerine göre isimlendirilirler. Svedberg sabiti (S) olarak adlandırılan bu ölçüm, standart şartlarda santrifügasyola partüküllerin çökme eğilimini belirtmektedir  Mitokondrial ribozomlar 60S büyüklüğünde olup küçük altbirim 25S, büyük altbirim 45S büyüklüğündedir. Mitokondrial ribozomlar büyüklük ve yapı bakımından prokaryotik ribozomlara benzerler. Ribozom Her alt birim farklı ribozomal RNA ve çeşitli proteinlerden oluşan RiboNükleoProtein (RNP) kompleksleridir (%65 ribozomal RNA ve %35 protein) Nanometre düzeyindeki ribozomların üç boyutlu yapılarının 2000’li yıllarda detaylı bir şekilde aydınlatılmıştır İki alt birimin birleşerek tek bir ribozomu oluşturduğu yapıya monozom adı da verilir. Ribozomların Sentezi  Ribozomların sentezi çekirdekcik, çekirdek ve sitoplazmada bulunan 200’den fazla farklı molekülün işbirliği ile gerçekleşiyor. Ökaryot hücrelerde ribozomu oluşturan iki temel alt birimin her birinin sentezi, çekirdekçikte başlıyor ve sitoplazmada tamamlanıyor.  rRNA sentezi çekirdekçikte meydana geldikten sonra bazı ön işlemlerden geçirilen rRNAlar kullanıma hazır hale getiriliyor.  Ribozomal proteinler ise sitoplazmada yine ribozomlarda sentezleniyor ve daha sonra çekirdeğe, oradan da çekirdekciğe gönderiliyor. Çekirdekcikte bu proteinler rRNA ile birleştirilerek ribozomları oluşturan temel alt birimler meydana getiriliyor. Bu alt birimler daha sonra sitoplazmaya geri gönderiliyor. Ribozom Çeşitleri ve Yerleşim Bölgeleri Ribozomlar ökaryotik hücre içine iki şekilde bulunur : serbest ve bağlı ribozomlar. Prokaryotlarda bağlı ribozom bulunmaz. Bir E.coli bakterisi 15.000 kadar ribozoma sahiptir ve bakteri hücre kütlesinin % 25' ini ribozomlar meydana getirir. Elektron mikroskop görüntüleri ribozomları koyu granüller şeklinde gösterir. Ribozomlar hücre içinde çeşitli bölgelerde bulunmakla beraber ribozomun lokasyonu hücrenin işlevine bağlı olarak değişebilir Serbest Ribozomlar Sitozolde serbest halde bulunurlar Tek bir ribozom halinde bulunabileceği gibi, poliribozom ya da polizom olarak tanımlanan ribozom grubları şeklinde de bulunurlar Hücre içi protein üreten hücrelerde serbest ribozomlar daha fazla bulunurlar Bağlı Ribozomlar ER zarlarının sitoplâzmaya dönük yüzüne bağlı olarak bulunurlar ve Granüllü Endoplasmik Retikulum (GER) meydana getirirler veya çekirdek zarına bağlı bulunurlar Hücre fraksiyonlarından elde edilen mikrozomların üzerindeki ribozomların zara büyük alt birimleri ile tutunduğu gözlenmiştir. Salgı yapan hücrelerde daha fazla bulunurlar Özellikle enzim salgılamada çok aktif hücrelerde, pankreasın protein sentezleyen ekzokrin hücreleri, bazı endokrin bezlerin hücreleri, tükrük bezi hücreleri ve plâzma hücrelerinde (immünoglobülinsentezleyen hücreler) bol miktarda ribozom bulunur ve bunların % 90 kadarı ER zarlarına bağlıdır. Bağlı Ribozomlar Bu ilişki, sentezlenen proteinin, salgılanmak üzere, ER zarlarının boşluklarına kolayca geçerek, oradan paketlenmek için Golgi kompleksine taşındığının açık bir delilidir Membran yapısında yer alan proteinlerin, sitoplazmada vezikül içinde depolanacak proteinlerin, hücre dışına salgılanacak proteinlerin sentezinden sorumludurlar Küçük nüklear RNA (snRNA) Her bir snRNA’yı bir gen kümesi kodlamaktadır ve çok sayıda snRNA geni tanımlanmıştır. snRNA’lar, post transkripsiyonel modifikasyonunda görev alır. snRNA’lar splaysozomların bileşenidir ve pre-mRNA’lardan splicing ile intronların çıkartılmasına katılır. pre-mRNA splincing katılan ve splaysozom’ların alt birimi olan U1, U2, U4, U5, ve U6 olarak adlandırılan beş farklı snoRNA vardır. U7 snRNA poly(A) kuyruğu içermeyen histon mRNA’sının 3’ucunun yapımında görev alır snRNA’ların uzunlukları 50 ile 200 nükleotid arasında değişmektedir. snRNA’lar serbest olarak bulunmazlar, snRNP (small nüklear Ribonüklear Protein) olarak adlandırılan proteinlerle kompleks oluştururlar. Small Nucleolar RNA (snoRNA) İsimlerinden de anlaşılacağı gibi çekirdekçikte bulunan küçük (60–300 nt) RNA molekülleridirler. snoRNA’ların bir kısmı rRNA öncüllerinin 28S, 18S ve 5.8S rRNA’lara parçalanmasında görev alır. Diğer bir kısmı ise rRNA, tRNA ve snRNA’ların yapısındaki nükleotidlerin modifikasyonunda görev alır. (Örneğin riboz şekerine metil grubu eklerler). Bazıları pre-mRNA’nın alternatif splicing ile ilişkilidir. snoRNA’lardan biri telomer sentezinde kalıp görevi görür (Telomerazın yapısındaki RNA). Omurgalılarda snoRNA, RNA işlenmesi sırasında uzaklaştırılan intronlardan yapılır. SRP-RNA (Signal Recognition Particle-RNA) SRP kompleksinde bulunan RNA’lardır. Translasyon sırasında salgı proteinlerinin ER’a yönlendirilmesini sağlarlar. SRP, ER üzerindeki reseptörü ile ilişkiye girerek sentezlenen proteinlerinin ER lümenine geçişini sağlar. Küçük kodlamayan RNA’lar Protein kodlama kapasitesine sahip olmayan transkriptlere kodlamayan RNA (ncRNA) olarak adlandırılmaktadır. Bu kodlamayan RNA'lar, uzunluklarına bağlı olarak iki ana kategoriye ayrılır. Küçük kodlamayan RNA'lar (Small Non-coding RNA: sncRNA), 200 nükleotidden daha kısadır ve büyük oranda mikroRNA'lar (miRNA) ve küçük nükleolar RNA'ları (snRNA) içermektedir. Uzun kodlamayan RNA'lar (Long Non-coding RNA: lncRNA) ise; 200 nükleotidden daha uzun ve kodlama potansiyeli olmayan farklı RNA moleküllerini içeren bir gruptur. Son çalışmalar, insan genomu tarafından kodlanan 15,000 farklı lncRNA'nın olduğunu göstermektedir. LncRNA'lar, mRNA'lar gibi RNA polimeraz II (Pol II) tarafından transkribe edilir, kep ucu eklenir-birleştirilir, poliadenillenir ve ekzon-ekzon splicing bağlantıları içerirler. İlk memeli lncRNA’sı H19, 1989'da keşfedildi ve bunu takiben, memelilerde X kromozom inaktivasyonunda önemli rol oynayan lncRNA Xist tespit edildi. XIST RNA  Dişilerde iki X kromozomundan birinin inaktivasyonu (Barr cisimciği oluşumu) için gereklidir.  X kromozomu üzerindeki XIC bölgesinden sentezlenir. İnterfaz çekirdeğinde İnaktif X kromozomu (Barr bodyBarr cisimciği) miRNA Çekirdekli hücrelerin genomunda kodlanan miRNA genleri, “primer miRNA (primiRNA)” yı oluşturmak üzere çoğunlukla RNA polimeraz II tarafından transkipsiyona uğrar. Transkripsiyonu takiben, bir RNA polimeraz III enzimi Drosha ve onun kofaktörü olan “DiGeorge sendromu kritik bölge protein 8 (DGCR8)” ile birlikte “mikroişlemci kompleksi” denilen büyük bir protein yapıyı oluştururlar. Bu mikroişlemci kompleksi primiRNA’dan yaklaşık 70 nükleotid uzunluğunda “öncü miRNA (pre-miRNA)” oluşumunu sağlar. Çekirdek zarında bulunan Exportin 5 ile sitoplazmaya geçen premiRNA, RNA polimeraz III enzimi olan Dicer tarafından işlenerek yaklaşık 22 nükleotid uzunluğunda olgun miRNA çifti oluşur. Bu çift iplikli RNA molekülünün bir ipliği yıkılır, diğeri ise RISC (RNA-induced silencing complex) oluşturmak üzere Argonaut protein kompleksiyle birleşir. RISC tek-iplikli olgun miRNA’yı, mRNA’nın “3’ kodlamayan bölge (3’ UTR)” sine bağlanmaya yönlendirerek eşleşme düzeyine göre mRNA’nın ya yıkılmasına ya da translasyonun engellenmesine neden olur. RISC/miRNA kompleksi tarafından mRNA’nın tanınması genelde miRNA’nın 5’ ucundaki 2-8 nükleotidin yer aldığı bir “tohum dizisi (seed sequence)” bölgesine dayanmaktadır. Sirküler RNA Small interfering RNA (siRNA) veya RNAi (RNA interference) İşlevini tamamlayan mRNA’ların, kendisine homolog baz dizisine bağlanır ve bağlanma bölgesinden mRNA’nın kesilerek parçalanıp yok edilmesini sağlar. Hücreye giren viral RNA’larla da hibridize olur ve bu şekilde onların da parçalanmasını sağlayabilir. Telomerik RNA Telomeraz yapısında bulunan RNA’dır. Kromozomların uçlarının (telomer) 3’ kısımlarında uygun nükleotid dizisi ile hibridize olur. Kendini kalıp RNA olarak kullanarak DNA sentezi yapar. Bu özelliği ile Reverse transkriptaz aktivitesi göstermiş olur. Telomeraz RNA’sı (Telomerik RNA) Telomeraz (Ribonükleoprotein kompleksi) Non-Coding RNAs and their Integrated Network P.Zhang, Journal of Integrative Bioinformatics. 20190027 2019;