Kromatin İnce Yapısı PDF

Kromatin İnce Yapısı Nükleozomlar, Kromozom Yapı, Sentromer, Telomer Dr. Kübra Çiğdem PEKKOÇ UYANIK Genetik bilgi: • Her organizma, yaşamının oluşması ve devam etmesi için gerekli bütün biyolojik bilgilerinin tamamını içeren bir gen dizisine/genoma sahiptir. • Canlıları oluşturan tüm biyolojik bil...

Kromatin İnce Yapısı Nükleozomlar, Kromozom Yapı, Sentromer, Telomer Dr. Kübra Çiğdem PEKKOÇ UYANIK Genetik bilgi: • Her organizma, yaşamının oluşması ve devam etmesi için gerekli bütün biyolojik bilgilerinin tamamını içeren bir gen dizisine/genoma sahiptir. • Canlıları oluşturan tüm biyolojik bilgiler sadece 4 harfle yazılabilir. • Ama bütün bu harflerle verilen tüm direktifler milyarlarca harflik bir sözcük oluşturacak kadar uzundur. • Dört harf: Bütün genetik kod, dört harf ile yazılmıştır. • DNA için Adenin (A), timin (T), sitozin (C) ve guanin (G) RNA için ise timin yerine urasil (U) gelmektedir . DNA ikili sarmalı Baz çiftleri DNA'nın merdivene benzeyen heliks yapısını oluşturur. • Bu uzun sarmalda hayatın şifreleri yazılıdır. • İnsan vücudundaki her bir hücre yaklaşık iki metre uzunluğunda DNA içerir. Genler: Değişik sayılarda baz çiftinden meydana gelen özel dizilere Gen denir. İnsan vücudunun ihtiyaç duyduğu proteinleri üretirler. Fonksiyonel genler, toplam gen haritasının yüzde 3 gibi ufak bir kısmını oluşturur. Kalan kısım ise yakın zamana kadar “junk DNA” yada gereksiz DNA olarak bilinen bölümü oluştururlardı. Artık bu Junk DNA’ların; Bir kısmı ribozomal RNA, taşıyıcı RNA, mikroRNA gibi çeşitli işlevsel RNA tiplerini kodladığı, Promotör ve Enhancerlarda transkripsiyon faktörlerinin bağlandığı özel DNA dizileri olduğu, mRNA'nın uygun şekilde işlenmesi (poliadenilasyon, cap takılması, uçbirleştirme gibi) ve protein çevriminin adımları (başlama, sonlanma) için gerekli dizileri içerdikleri ortaya koyulmuştur. Kromozomlar: • DNA yığınlarının paketlenmiş hali olan kromozomlar hücre çekirdeği içinde bulunurlar. • Her insanda 23 çift yani toplam 46 kromozom vardır. Çekirdek ve Hücre • 46 kromozom, hücrelerin çekirdeklerinde bulunur. • İnsan vücudundaki tüm hücrelerde bir insanı oluşturmak için gereken total DNA bilgisi mevcuttur. • Bu total DNA bilgisine genom denilmektedir. Canlı: Bu hücrelerin her biri, kendisine DNA tarafından verilen direktiflere göre fonksiyon görür. İnsan vücudu 100 trilyon hücreden meydana gelir. Canlılarda Kromozom Sayısı • Her tür, kendine özgü sayı ve morfolojik yapıda kromozoma sahiptir. İnsanda haploid genom n=23 kromozomdur ve genom, söz konusu 23 kromozoma dağılmış yaklaşık 3 x109 baz çifti içerir. • Yüksek yapılı ökaryotlarda genom büyüklüğündeki artış, gen sayısındaki fazlalıktan çok, tekrarlayan dizilerin ve intronların varlığından kaynaklanmaktadır. İnsan vücudundaki genomik DNA yı ucuca ekleseydik ne kadar uzun olurdu? CEVAP: 48 milyar kilometredir. Bu uzunluk Güneş sisteminin çapının yaklaşık 5 katıdır!!!!! Genomun Hücre Tiplerindeki Durumu Canlılarda Gen Miktarı • Örneğin insan genom büyüklüğü C.elegansve Drosofila’nın genom büyüklüğünün yaklaşık 20-30 katı olmasına rağmen, gen sayısı açısından sözkonusu canlılardan sadece 2 kat fazladır. • İnsangenomunun %1 - 1.5’i protein kodlayan dizileri içermektedir bunun dışında yaklaşık% 25 kadarı intronlardan , % 60dan fazlası karmaşık yapılı tekrarlayan dizilerden ve kalanı da psödogenlerden oluşmaktadır. • Yapısal genlere çok benzeyen ancak fonksiyon yapamayan gen kopyalarına psödogen denir. • Psödogenler , herhangi bir işlev yapmayan ancak genomun büyüklüğünü artıran gen kopyalarıdır. LINE- Long interspersed nuclear elements. SINE– Short interspersed nuclear elements. LTR– Long terminal repeat elements İntronlar ve Ekzonlar nedir? • Bir genin kodlanan DNA dizilerine ekzon, • Bir gen içinde kodlanmayan DNA dizilerine de intron denir. Karyotip • Bir organizmanın sahip olduğu kromozomların bütünü. • Sentromerin pozisyonuna ya da kromozomun büyüklüğüne göre metafaz kromozomlarının sıralanarak tanımlanmasıdır. Kromatin Yapısı • DNA nükleusta çeşitli proteinlerle paketlenmiş olarak bulunur. Bu yapıya Kromatin adı verilir. • Proteinler • Kromatin yapısındaki proteinlerin bir kısmı yapısal roloynarken diğer bir kısmı gen ekspresyonunu düzenler. • Hücre bölünmesi esnası dışında kromatin, nükleus içerisine dağılmış durumdadır. • Hücre bölünmesinde kromatin materyali yoğunlaşır ve mikroskobik olarak görünen kromozomlar oluşur. Kromozomlar sadece bölünme sırasında görülen özel yapılardır. – Histon proteinler – Non-histon proteinler DNA’nın Paketlenmesi Çift zincirli DNA molekülü, katlanma ve paketlenmesinde önemli rol oynayan dört çift histon proteinin etrafında katlanarak kromatin liflerini oluşturmaktadır. İlk katlanma ile yaklaşık 30 nm genişliğinde(Solenoid) kromatin lifleri oluşturur ve lifler arasında da tekrar katlanma gerçekleştirilir. Hücre içerisinde, nükleozomlar, birden fazla katlanararak organize diziler halinde birbirleri ile sistematik olarak sıralanır. Kromatin fibrillerin, kendi içerisinde de katlanma gerçekleştirmesi ile metafaz evresinde görülebilen ve başlangıçtaki uzunluğun 10.000 katı kadar kısalmış DNA’yı oluşturan kromozom yapısı elde edilmektedir. KromatinPaketlenmesi • Kromozomlar içerdikleri DNA moleküllerinden çok daha kısadırlar. • Bu nedenle DNA’nın kromozomlara paketlenmesi için hayli organize bir paketleme sistemi gereklidir. • Ökaryotlarda DNA kromatin şeklinde düzenlenmiştir. Kromozom Yapısı • Hücrede kromozom yapısı sadece hücre bölünmesi sırasında metafaz başında görülmeye başlanır. • Bu durumdan önce DNA nükleusta kromatin yapısında paketlenmiş olarak çekirdeğin her tarafına rastgele dağılmış olarak gözlenir. • Kromatin yapısı kromatin iplikçikleri adı verilen iplikçiklerden meydana gelir. Kromatini oluşturan nükleozom yapısı Çift sarmallı DNA, nükleozom yapısını oluşturmak için histon proteinleri etrafına sarılmaktadır. Kromatin iplikçikleri de ikiye ayrılabilir: • Sıkışık ve yoğun olması nedeniyle özel boyaları kuvvetle emen ve koyu renkli görülen heterokromatin ve daha dağınık yapıda olduğu için açık renkli boyanan ökromatin. • Ökaryot hücrelerdeki yaklaşık tüm kromozomal DNAʼlar Histon adı verilen 5 farklı protein seti ile ilişkidedir. • Histon ile DNA arasındaki ilişkiler çok düzenlidir. • Her 150-180 baz çifti parçası bir histon molekülüne sarılı olarak bulunur. Kromatin, az miktarda RNA ile birlikte yaklaşık eşit ağırlıkta protein (histon proteinler, histon olmayan proteinler ve HMG proteinler) ve DNA içeren iplikçiklerden oluşur. Histon Proteinler Küçük molekül ağırlıklı ve yüksek oranda(%10-20) arginin, lizin gibi bazik amino asitleri içerdikleri için bazik özellikte olan, bu özellikleri sayesinde asidik özellikteki DNAʼya sıkı şekilde bağlanan proteinlerdir. İçerdikleri bazik amino asitlerin oranına göre 5 değişik gruba ayrılırlar: H1, H2A, H2B, H3 ve H4. Histon Olmayan Proteinler • Çoğunlukla bazik özellikte olmayan, boyut ve işlevleri bakımından değişik çeşitte bir çok proteini içeren bir grupturlar. • Kromozom yapısına katılan histonlar dışındaki tüm proteinler bu gruba dahildir. • Histon olmayan proteinlerin bir kısmı doğrudan doğruya kromatinin oluşumuna katılan yapısal proteinlerdir. Bunların dışında DNAʼnın replikasyonunda ve gen anlatımında iş gören enzimler de bu gruba dahildir. • Histon olmayan proteinler türlere, bireylere ve hatta bireyin doku ve hücre tipine göre büyük değişiklik gösterebilir. • Bu nedenle bu gruptaki proteinlerin, kromatinin yapısal oluşumunun yanı sıra özellikle onun aktivitesinin düzenlenmesiyle ilgili oldukları düşünülmektedir. HMG Proteinler • Yüksek elektrik yükleri ve ufak boyutları nedeniyle histon olmayan proteinlerden ayrı bir grup olarak kabul edilen bu proteinler jel elektroforezinde çok hızlı hareket etmelerine olanak verdiği için adlandırmada bu kısaltma (High Mobility Group- hareket yeteneği yüksek grup olarak) kullanılmıştır. • HMG proteinler kromatin yapısının %1-5ʼini kapsarlar. Non-Histon Proteinler • Non Histon proteinler nukleozom dışındaki kromozom bölgelerine bağlanır. • Non histon proteinler kromozomun kütlece 1/3’ünü oluştururlar. • Topoizomeraz 2 en çok bulunan proteindir. Kromatin Organizasyonu • Kromatin organizasyonunda ilk aşama nükleozom oluşumudur. • Nükleozom ikişer adet H2A, H2B, H3 ve H4 histon ve bir adette H1 histon proteininden oluşan 200 baz çifti uzunluğunda DNAʼnın paketlendiği bir yapıdır. • DNAʼnın 145 baz çiftlik kısmı sekiz proteinden oluşan iç bölge etrafında yaklaşık 1,75 bir dönüm yapar. Kromatin Organizasyonu • Nükleozomlar H1 proteinleri yardımıyla,11nmʼlik ipliksi yapılar oluşturur. • Bu sırada DNA serbest haline göre yaklaşık 5-10 kat yoğunlaşmıştır. • Kromatinin doğal işlevsel yapısı bu 11nmʼlik iplikçiklerin yeniden katlanmalar yapması ve her dönmede yaklaşık 6 nükleozom yer alacak şekilde oluşan 30nm çapındaki yapıdır. • Bu yapı H1 histonların kendi aralarındaki etkileşimi ile sabit durumda kalır. Bu aşamada DNA yapısı en az 6 kat daha yoğunlaşmıştır. Kromatin Organizasyonu • Hücre bölünmesi başladığında kromozomların oluşumu sırasında bu ipliksi yapının daha da yoğunlaşması gerekir. • Kromatin iplikçikler histon olmayan proteinlerin, HMG proteinlerin ve RNA moleküllerin yardımıyla ilmekler yaparak bir protein iskelete tutunmuş olarak yoğunlaşmaya devam ederler. Nükleozom Histon Proteinleri • Histon proteinleri yoğunlukla bazik özellikteki lizin ve arjinin aminoasitlerinden oluşmuş olup asidik özellik gösteren negatif yüklü DNA’ya bağlanırlar. • Histonlar iki temel gruba ayrılır: •Nükleozomal histonlar (102-135 amino asit) H2A, H2B, H3, ve H4. •H1 histonları (220 amino asit) H1 histonu • 146 baz çiftlik DNA’nın ikişer adet H2A, H2B,H3 ve H4’den oluşan 8 histonlu (oktamer) etrafında 1.75 turluk dönüm yapmasıyla oluşan yapıya Nükleozom denir. • DNA’nın nükleozoma girdiği ve çıktığı bölgeye H1 histon molekülünün bağlanmasıyla oluşan yapıya ise Kromotozom denir. Histon Olmayan Proteinler • Çoğunlukla bazik özellikte olmayan, boyut ve işlevleri bakımından değişik çeşitte bir çok proteini içeren bir gruptur. • Kromozom yapısına katılan histonlar dışındaki tüm proteinler bu gruba dahildir. • Bu proteinlerin kromatinin yapısal oluşumunun yanı sıra özellikle aktivitesinin düzenlenmesiyle ilgili oldukları düşünülmektedir. Kromozom Yapısı • Hücrede kromozom yapısı sadece hücre bölünmesi sırasında metafaz başında görülmeye başlanır. • Bu durumdan önce DNA nukleusta kromatin yapısında paketlenmiş olarak çekirdeğin her tarafına rastgele dağılmış olarak gözlenir. • Kromatin yapısı kromatin iplikçikleri adı verilen iplikçiklerden meydana gelir. Heterokromatin/Ökromatin • Kromatin iplikçikleri de ikiye ayrılır. • Sıkışık ve yoğun olması nedeniyle özel boyaları kuvvetle emen ve koyu renkli görülen heterokromatin bölgedir. • Daha dağınık yapıda olduğu için açık renkli boyanan ökromatin bölgedir. • Heterokromatin bölge genetik bilgiyi aktarmaz iken, ökromatin bölge aktarır. Sentromer • Sentromer, hücre bölünmesi sırasında kromozomu mitotik iplikçiğe bağlayan proteinler için bir bağlantı alanı olarak iş gören DNA dizisidir. • Bu bağlantı, kromozomların kardeş hücrelere eşit ve düzenli olarak dağıtımı için gereklidir. Sentromer Yapısı • Sentromer bölgesi içerisinde DNA’yla birlikte protein içeren ve iğ iplikçiklerinin bağlandığı Kinetokor denilen bir kısım vardır. • Bu bölgede yer alan 120-180 baz çifti uzunluğundaki ve A=T çiftlerince zengin DNA dizisine CEN DNA adı verilir. • Daha yüksek ökaryotlarda sentromerik diziler daha uzundur ve aynı yönde 5-10 baz çiftlik bir ya da birkaç dizinin düzenli kopyalarından oluşurlar. Telomerler • Telomerler, tüm linear kromozomların uç kısmında bulunur. • Tekrarlayan DNA sekanslarından oluşur (TTAGGG). • DNA’nın ucunu bir şapka gibi kaparlar ve kromozomların stabilitelerini artırırlar. • Her DNA replikasyonunda DNA’nın ucundaki bu telomer yapısı yaklaşık 50-200 baz çifti kısalır • Ardı ardına yaklaşık 50 hücre bölünmesi neticesinde telomer %75-80 oranında kısalmak suretiyle hücre ölümüne yol açar (Biyolojik saat). Telomeraz Enzimi • Replikasyon neticesinde kromozomların telomerlerinin kısalmasını önleyen yapı ise Telomeraz enzimidir. • Telomeraz, kromozom uçlarına telomerlere uygun DNA tekrarları (TTAGGG) ilave ederek telomerin kısalmasını engeller. Telomeraz Aktivitesi Telomeraz aktivitesi olan ve kontrol edilebilen hücreler: • Eşey hücreleri • Embriyonik hücreler • Kök hücreler Telomeraz aktivitesi olan fakat kontrol edilemeyen hücreler: • Kanser hücreleri • Kromatin yapısında DNA kodunun daha doğru ve kontrollü okunması için bir takım değişiklikler meydana gelir ki bunlara yapısal kromatin modifikasyonları denir. Ökromatin ve Heterokromatin Bölgeler • Kromatin paketlenmesi gen ekspresyonunun kontrol edilmesi için ek bir mekanizma sunmaktadır. • Spesifik olarak hücreler, kromatinlerinin yapısını değiştirerek DNA dizilerine erişimi kontrol edebilirler. • Oldukça sıkıştırılmış hale getirilen kromatin yapıları; DNA transkripsiyonu, replikasyonu veya onarımında yer alan enzimler tarafından erişilebilir olmadıklarından dolayı transkripsiyonun gerçekleştiği kromatin bölgeleri (ökromatin), transkripsiyonun aktif olmadığı veya baskılandığı (heterokromatin) bölgelere göre daha az yoğun halde bulunmaktadır. • Ökromatin ve heterokromatin bölgeleri hücre fonksiyonunun diğer mekanizmalarında olduğu gibi enzimler tarafından düzenlenmektedir. • Nükleozom içerisindeki DNA iplikleri düzenlenerek hücre içerisindeki metabolik sinyallere yanıt olarak belirli genlerin erişilmesine izin vermektedir. • Bu mekanizmaya ek olarak; gen ekspresyonunun bazı değişiklikler, histonların sahip olduğu N-terminal uçlarındaki metil ve asetil gruplarının değişimi ile gerçekleşmektedir. • Enzimlerin, N-terminal modifikasyonunu kataliz etmesi ile enzim türüne bağlı olarak bazıları gen ekspresyonunu artırırken bazıları azaltabilmektedir.