Transkripsiyon ve Posttranskripsiyonel Modifikasyonlar PDF

Transkripsiyon ve Posttranskripsiyonel Modifikasyonlar Prof. Dr. Emre TEPELİ Atlas Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji ve Genetik AD Gen İfadesi- Gen Ekspresyonu En basit anlamıyla, bir geni ifade etmek, ona karşılık gelen proteini üretmek anlamına...

Transkripsiyon ve Posttranskripsiyonel Modifikasyonlar Prof. Dr. Emre TEPELİ Atlas Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji ve Genetik AD Gen İfadesi- Gen Ekspresyonu En basit anlamıyla, bir geni ifade etmek, ona karşılık gelen proteini üretmek anlamına gelir ve bu çok katmanlı işlemin iki ana adımı vardır. İlk adımda, DNA'daki bilgiler, transkripsiyon adı verilen bir işlemle haberci bir RNA ( mRNA ) molekülüne aktarılır. Transkripsiyon sırasında , bir genin DNA'sı tamamlayıcı baz eşleşmesi için bir şablon görevi görür ve RNA polimeraz II adı verilen bir enzim , daha sonra olgun mRNA'yı oluşturmak üzere işlenen bir pre-mRNA molekülünün oluşumunu katalize eder. Ortaya çıkan mRNA, daha sonra bir protein molekülüne çevrilmesi gereken genin tek iplikli bir kopyasıdır. Anahtar noktalar Transkripsiyon , gen ekspresyonunun ilk adımıdır. Bir RNA molekülü yapmak için bir genin DNA dizisini kopyalamayı içerir. Transkripsiyon, bir RNA zinciri oluşturmak için nükleotitleri birbirine Загрузка… bağlayan RNA polimerazları adı verilen enzimler tarafından gerçekleştirilir (kalıp olarak bir DNA zinciri kullanılarak). Transkripsiyonun üç aşaması vardır: başlama, uzama ve sonlandırma. Transkripsiyon, genomunuzdaki her gen için ayrı ayrı kontrol edilir.  Transkripsiyon , bilginin yeniden yazıldığı bir süreçtir. Transkripsiyon günlük hayatımızda yaptığımız bir şeydir ve aynı zamanda hücrelerimizin daha uzmanlaşmış ve dar bir şekilde tanımlanmış bir şekilde yapması gereken bir şeydir. Biyolojide transkripsiyon , benzer RNA alfabesindeki bir genin DNA dizisini kopyalama işlemidir. Transkripsiyona Genel Bakış Transkripsiyon, protein gibi fonksiyonel bir ürün oluşturmak için bir genden alınan bilginin kullanıldığı gen ekspresyonunun ilk adımıdır. Загрузка… Transkripsiyonun amacı, bir genin DNA dizisinin bir RNA kopyasını yapmaktır. Protein kodlayan bir gen için, RNA kopyası veya transkript , bir polipeptit (protein veya protein alt birimi) oluşturmak için gereken bilgileri taşır. Ökaryotik transkriptlerin, proteinlere çevrilmeden önce bazı işlem adımlarından geçmesi gerekir. Transkripsiyon Bir organizmanın genetik yapısını DNA da bulunan dNTP dizeleri belirler ve bu bilginin ifade edilmesi ise (Protein sentezi) RNA lar ile sağlanır. DNA nın belli bölgelerinden genetik bilgi, kopyalanarak RNA moleküllerine aktarılır. Transkripsiyonda DNA çift sarmalından birisi kalıp olarak kullanılır ve bu kalıbın belli bir bölgesi kopyalanır. Transkripsiyon, DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA…..) şeklinde kopyalanması veya yazılması olayıdır. Transkripsiyon Süreci Transkripsiyon işlemi, RNA polimeraz (RNA pol) adı verilen bir enzimin şablon DNA ipliğine bağlanması ve tamamlayıcı (template) RNA üretimini katalize etmeye başlamasıyla başlar. Polimerazlar, yaklaşık bir düzine alt birimden oluşan büyük enzimlerdir ve DNA üzerinde aktif olduklarında tipik olarak diğer faktörlerle de kompleks oluştururlar. Çoğu durumda, bu faktörler hangi genin kopyalanacağına işaret eder. Ökaryotik hücrelerde üç farklı RNA polimeraz türü bulunurken , bakterilerde yalnızca bir tane bulunur. Ökaryotlarda, RNA pol I, ribozomal RNA'ların (rRNA'lar) çoğunu kodlayan genleri kopyalar ve RNA pol III, küçük bir rRNA için genleri ve ayrıca çeviri sürecinde önemli bir rol oynayan transfer  Transkripsiyon sonucunda, ikili sarmal DNA’nın bir dizisinin karşılığı olan mRNA molekülü sentezlenir. Transkripsiyon, DNA çift sarmalının kısa bir bölgesinin açılması ile başlar. DNA ipliklerinden biri RNA sentezi için kalıp iplik ödevi görür. DNA replikasyonundaki gibi sentezin temeli komplementer baz eşleşmelerine dayanır. Transkript her defasında bir nükleotid boyu kadar uzatılarak elongasyon (uzama) devam eder. Replikasyon-Transkripsiyon Karşılaştırma Her ikisinde de sentez yönü 5-3 yönündedir. Replikasyon sırasında tüm kromozom kopyalanır, fakat transkripsiyonda sadece bir gen bölgesi kopyalanabilir. Загрузка… Replikasyon hücre döngüsünün S fazında gerçekleşir. Transkripsiyon düzeyi organizmanın o andaki protein ihtiyacına baglı olarak degişir. Her dokuda aynı anda farklı genlerin transkripsiyonu olur. Transkripsiyon replikasyonda oldugu gibi bir primer’e ihtiyaç duymaz. Transkripsiyon için sadece bir DNA zinciri kalıp olarak iş görür. Transkripsiyon *RNA sentezi, RNA polimeraz enzimi tarafından katalizlenir. *RNA polimeraz, genin başlangıcında yer alan promotör bölgesine bağlanınca o genin transkripsiyonu başlar. *RNA transkripsiyonunun başladığı ilk baza başlama noktası adı verilir. *RNA polimeraz sonlandırma dizisine (terminatör) gelinceye kadar senteze devam eder. *Promotörden terminatöre kadar olan kalıp DNA dizisi transkripsiyon birimi olarak adlandırılır. *Bir transkripsiyon birimi birden fazla gen içerebilir. *Başlama noktasından önceki diziler upstream, sonraki diziler downstream olarak adlandırılır.  Başlama noktasından sonraki ilk baz: (+1) – Bu değer downstream’e doğru artar. Başlama noktasından önceki ilk baz: (-1) – Upstream’e doğru negatif değer olarak artar. Transkripsiyonda ilk oluşan ürün: primer transkript – Promotörden terminatöre kadar uzanan RNA – Stabil değildir. Olgun RNA’ların öncü molekülüdür. Transkripsiyon Başlatma Transkripsiyondaki ilk adım başlatmadır, RNA pol, promotör adı verilen özel bir sekansta genin DNA yukarı akışına (up stream) (5') bağlandığında başlar. Bakterilerde promotörler genellikle üç dizi elemanından oluşurken, ökaryotlarda yediye kadar element vardır. Transkripsiyon Başlatma Prokaryotlarda çoğu gen, Pribnow kutusu olarak adlandırılan bir diziye sahiptir ve konsensüs dizisi TATAAT, transkripsiyon başlatma yeri olarak hizmet eden bölgeden yaklaşık on baz çifti uzağa konumlandırılmıştır. Tüm Pribnow kutuları tam olarak bu nükleotit dizisine sahip değildir; bu nükleotitler, her bölgede bulunan en yaygın olanlardır. İkameler meydana gelse de, her kutu yine de bu konsensüsü oldukça yakından andırır. Transkripsiyon Başlatma Pek çok gen ayrıca, başlangıç bölgesinin 35 baz yukarı akışında bir konumda TTGCCA konsensüs dizisine sahiptir ve bazıları , transkripsiyon oranını artıran, yukarı akışta 40 ila 60 nükleotitlik AT bakımından zengin bir bölge olan yukarı akış elemanı olarak adlandırılan şeye sahiptir. Her durumda, bağlanma üzerine, RNA pol " çekirdek enzimi", gene erişimi kolaylaştırmak için DNA çift sarmalını çözebilen bir holoezimi oluşturmak üzere sigma alt birimi adı verilen başka bir alt birime bağlanır. Farklı promotörlere bağlanan ve bu nedenle koşullar değiştikçe genlerin açılıp kapanmasına yardımcı olan bir dizi farklı sigma alt birimi vardır. Transkripsiyon Başlatma Ökaryotik promotörler, prokaryotik muadillerinden daha karmaşıktır, çünkü ökaryotlar, farklı gen kümelerini kopyalayan üç RNA polimeraz sınıfına sahiptir. Birçok ökaryotik gen , etkiledikleri genlerden önemli mesafelerde bulunabilen güçlendirici (enhancer) dizilere de sahiptir. Arttırıcı sekanslar, aktivatör proteinlerle bağlanarak ve RNA pol II'yi "çekmeye" yardımcı olmak için DNA'nın 3 boyutlu yapısını değiştirerek ve böylece transkripsiyonu düzenleyerek gen aktivasyonunu kontrol eder. Ökaryotik DNA, kromatin olarak sıkı bir şekilde paketlendiğinden , transkripsiyon ayrıca şablon ipliğin erişilebilir olmasına yardımcı olan bir dizi özelleşmiş protein gerektirir. Transkripsiyon Başlatma Ökaryotlarda, pol II tarafından kopyalanan bir gen için "çekirdek " (core) promotör, çoğunlukla genin başlangıç bölgesinin hemen yukarısında (5') bulunur. Çoğu pol II geninde , başlangıç bölgesinin 25 ila 35 baz yukarısında bir TATA kutusu (consensus dizisi TATTAA) bulunur; bu, transkripsiyon oranını etkiler ve başlangıç bölgesinin konumunu belirler. Ökaryotik RNA polimerazlar, bir dizi temel kofaktör (toplu olarak genel transkripsiyon faktörleri olarak adlandırılır) kullanır ve bunlardan biri olan TFIID, TATA kutusunu tanır ve doğru başlangıç yerinin kullanılmasını sağlar. Başka bir kofaktör olan TFIIB, farklı bir ortak konsensüs dizisini, G/CG/CG/CGCCC'yi, yukarı akışta yaklaşık 38 ila 32 baz olarak tanır. Uzama Transkripsiyon başlatıldıktan sonra, DNA çift sarmalı gevşer ve RNA polimeraz, büyüyen zincirin 3' ucuna nükleotitler ekleyerek şablon sarmalı okur. 37 santigrat derece sıcaklıkta, bakterilerde tahmini olarak saniyede yaklaşık 42-54 nükleotit oranında yeni nükleotitler eklenir (Dennis & Bremer, 1974), öte yandan ökaryotlar saniyede yaklaşık 22-25 nükleotit gibi çok daha yavaş bir hızda ilerler. (İzban ve Luse, 1992). Transkripsiyon Sonlandırma Ökaryotlarda, transkripsiyonun sonlandırılması, kullanılan kesin polimeraza bağlı olarak farklı işlemlerle gerçekleşir. Pol I genleri için transkripsiyon, bakterilerdeki rho-bağımlı sonlandırmaya benzer bir mekanizma aracılığıyla bir sonlandırma faktörü kullanılarak durdurulur. Pol III genlerinin transkripsiyonu, rho-bağımsız prokaryotik terminasyonu andıran bir mekanizma tarafından bir poliurasil streç içeren bir terminasyon dizisinin transkripsiyonundan sonra sona erer. Bununla birlikte, pol II transkriptlerinin sonlandırılması daha karmaşıktır.  Transkripsiyon, bir genin DNA dizisinin bir RNA molekülü yapmak için kopyalandığı (transkribe edildiği) süreçtir. RNA polimeraz, ana transkripsiyon enzimidir. Transkripsiyon, RNA polimeraz, bir genin başlangıcına yakın bir promotör dizisine (doğrudan veya yardımcı proteinler aracılığıyla) bağlandığında başlar. RNA polimeraz, yeni, tamamlayıcı bir RNA molekülü oluşturmak için şablon olarak DNA zincirlerinden birini (şablon ipliği) kullanır. Transkripsiyon, sonlandırma adı verilen bir süreçle sona erer. Sonlandırma, transkriptin bittiğini işaret eden RNA'daki dizilere bağlıdır. Gen ifadesinin düzenlenmesi Gen ifadesinin düzenlenmesi çeşitli aşamalarda olur: 1) Primer transkriptlerin oluşumu 2) Primer mRNA’dan matür (olgun) mRNA oluşumu 3) mRNA’nın sitoplazmaya geçişi 4) mRNA’nın yıkılımı 5) Protein sentezi 6) Proteinlerin posttranslasyonal modifikasyonu 7) Protein yıkılımı Posttranskripsiyonel Modifikasyonlar Birincil transkriptin fonksiyonel tRNA'lar, rRNA'lar ve mRNA'lar haline gelmesi için modifiye edilmesi gerekir. Transkripsiyon sonrası değişiklikler şunları içerir; Splincing 5 ’cap eklenmesi Poly A kuyruğunun oluşturulması RNA düzenleme (editing). RNA Splicing Ökaryotik pre-mRNA'lar tipik olarak intronları içerir. İntronlar, intronun loop haline getirildiği ve eksonlardan snRNP'ler tarafından kesildiği ve eksonların çevrilebilir mRNA'yı üretmek için Загрузка… birbirine eklendiği RNA işlemi ile uzaklaştırılır. Pre-mRNA ekleme (intron çıkarma) adımları aşağıdaki gibidir: İntron, snRNP'ler (küçük nükleer ribonükleoprotein parçacıkları, snRNA (small nuclear ribonucleoproteins)'ların ve proteinlerin kompleksleri) spliceozomu oluşturmak için bağlanırken ilmek oluşturur. İntron kesilir ve daha sonra eksonlar birbirine eklenir. Ortaya çıkan olgun mRNA daha sonra çekirdekten çıkabilir ve sitoplazmaya çevrilebilir. Spliceosome Ökaryotlarda pre-mRNA splicing spliceosome tarafından gerçekleştirilir. Bu büyük RNA-protein kompleksi , heterodimerlerde (U4/U6) ve heterotrimerlerde (U4/U6.U5) ayrı ayrı (U1 ve U2) oluşan ve işlev gören ana bileşenler olarak beş küçük nükleer ribonükleoproteinden (snRNP'ler) oluşur. Ek olarak, çekirdek snRNP'lerin parçası olmayan önemli sayıda protein, spliceosome ile birleşir ve verimli ve uygun birleştirme için gereklidir. Ekleme sırasında, spliceosome katı bir montaj ve yeniden düzenleme koreografisini takip eder ve her snRNP ve splicing faktörü, spliceosome içinde belirli bir işlev ve/veya pozisyon alır.  Ekleme bölgelerinin ilk tespiti, U1 snRNP'nin 5' ekleme bölgesine (5' ss) bağlanmasıyla sağlanır.ve ekleme faktörü 1 (SF1 veya memeli dal noktası bağlama proteini, mBBP) ve U2 yardımcı faktörünün (U2AF) etkileşimipolipirimidin yolu ve dal noktası ile. Ardından, U2 snRNP, SF1'in yerini alır ve kendisini şube noktasına bağlar. Bu prepliceosomal kompleks, A kompleksi olarak adlandırılır. Daha sonra, U4/U6.U5 tri-snRNP, prekatalitik B kompleksi olan spliceosome'un büyük ve karmaşık bir ara ürününü oluşturmak için diğer iki snRNP'yi birleştirir. Birkaç yeniden düzenleme ve protein değişimi ve U1 ve U4 snRNP'lerin çıkarılmasından sonra aktif spliceosome (B*), ilk transesterifikasyon ekleme reaksiyonunu gerçekleştirebilir. Ortaya çıkan C kompleksi, birkaç yeniden düzenlemeden sonra ikinci birleştirme adımını katalize 5’ CAP Başlığının Eklenmesi Transkripsiyonun sonunda, RNA transkriptinin 5 'ucu, zincire ilk eklenen nükleotid olduğundan serbest bir trifosfat grubu içerir. Kapatma işlemi trifosfat grubunu "başlık (CAP)" adı verilen başka bir yapı ile değiştirir. Kapak, guanil transferaz enzimi tarafından eklenir. Bu enzim, RNA transkriptinin 5 'ucu ile bir guanin trifosfat (GTP) molekülü arasındaki reaksiyonu katalize eder. Şapka oluşumu protein sentezinin başlamasına yardımcı olur. Translasyonu hızlandırır. Şapkası olmayan ökaryatik mRNA ların translasyonu verimli olmaz. Poli A Kuyruğunun Eklenmesi Transkriptin diğer ucundaki transkripsiyon sonrası RNA işleme, sentezlenmiş RNA zincirinin sonuna eklenen bir dizi adenin bazları şeklinde gelir. Bu adenin dizisine "poli A kuyruğu" denir. Adeninlerin eklenmesi, ekleme için bir sinyal olarak AAUAAA dizisini tanıyan enzim poli (A) polimeraz tarafından katalize edilir. Reaksiyon, transkripsiyon sırasında nükleotidlerin eklenmesi için kullanılana benzer bir mekanizma ile ilerler. Poli A kuyruğu ökaryotik RNA transkriptlerinin hepsinde olmasa da çoğunda bulunur. Önemi bilinmemektedir.