16 Kasım 2015 GENOM dersi notu için TIKLAYINIZ

11/15/15 GENOMUN YAPISI
Gen ve Genomun tanımı
Genom Büyüklükleri
DNA Dizi Tipleri
Doç. Dr. Metin Aytekin
www.metinaytekin.com Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
Dersin Amacı
İnsan Genomunun
özelliklerini kavramak
16 Kasım 2015
Genom
Nedir?
• Bir organizmanın kalıtsal molekülündeki nukleotid dizilerinin tümü
(ökaryotlarda haploid kromozomlardaki ve organellerdeki DNA dizisi)
•  İnsan Genom Projesi; kromozomlar üzerindeki genleri tespit etmeyi, her
bir genin ince detayına girip özelliklerini ortaya koymayı amaçlar.
•  Bu proje hastalıkların teşhisinden tedaviye her aşamada yol
göstericidir.
1 11/15/15 p
En uzun
q
Kromozom: Metafazda “X” şeklinde gördüğümüz yapıdır.
En net metefazda gözlenir.
Kromozom incelenmesi boyayarak yapılır ve
bu yöntemlerden biri GİEMSA (G bandlama) yöntemidir.
Hiç bir kromozomda band dizisi birbirine benzemez.
Band dizisi = koyulu açıklı çizgiler.
En kısa
1’i anneden
İnsan Kromozomu: 46 kromozom
44 Otozom + 2 Cinsiyet kromozomu
23 çift
Renk farklılıkları
heterokromatin-Ökromatin bölgelerin varlığındandır.
1’i babadan
Nükleozom
Kromatid -
K. İplik -
Solenoid - Nükleozom -
DNA
K. İplik
Solenoid
Kromatid
İnsan Genomu
Bir ökaryot
kromozomundaki DNA
kromozomun
kendisinden defalarca
daha büyüktür.
İnsandaki bir
kromozomdaki DNA
kromozomun
kendisinden 10,000
kat uzundur?
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
İki rRNA
Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Protein
kodlayan
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
Yüksek
Tekrarlanan
DNA
(420 Mb)
RNA
Kodlayan
Gen aileleri
Gen Kümeleri
13 Polipedtit
kodlayen gen
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
Pseudogen
Tek genler
22 tRNA
İntron
Gen
Frangmanları
Multigen aileleri
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
DNA
transpozon
LTR
Klasik Satallite
DNA
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
2 11/15/15 Nükleer Genom • 
• 
• 
• 
• 
% 1,5’u % 45-­‐50’si
% 3’ü %6,6’sı % 44’ü Sadece Kodlanır Transpozon Ciddi korunan belgeler HeterokromaIn Diğer korunmamış bölgeler •  (Tekrar diziler çok fazla!) Gen
nedir?
Gen, bir RNA ( ör; r-RNA t-RNA) veya bir
polipeptide kopyalanan (ekspre) DNA
bölgesidir.
İnsan Genom Projesinde en çok çalışılan konular
Gen ifadesi (gen ekspresyonu)
Genom Organizasyonu Gen
Kromozom
DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü
(mRNA, tRNA, rRNA) sentezi suretiyle kopyalanması veya
yazılmasına transkripsiyon adı verilir
Genom
Transkripsiyonla RNA’ya kopyalanan, bir protein molekülüne
ait genetik bilgilerin okunması veya bir protein molekülü
haline çevrilmesine translasyon adı verilir
Transkripsiyon ve translasyon olaylarının toplamı, gen
ifadesi (gen ekspresyonu) olarak tanımlanır
Yüksek Ökaryotların Gen Yapısı
•  İnsan genomunun sadece %1-1.5’lik kısmı protein kodlayan aktif gen
GENİN YAPISI
(yapısal gen) bölgesinden oluşur.
•  Genomun yaklaşık %25’i intronlardan oluşur ve %50’dan fazlası çeşitli tipte
tekrarlayan ve dublike DNA dizilerinden oluşur.
•  Kalan kısım ise psödogenler, gen arasındaki tekrarlanmayan aralayıcı diziler
ve mRNA’ların 5’ ve 3’ uçlarında bulunan, proteine çevrilmeyen exon
dizilerinden oluşur.
•  Yüksek ökaryot genomlarının artmış uzunluğu, böylece daha fazla
sayıda gene değil, çok miktarlarda tekrarlayan dizi ve intron varlığına
Sitokin-Histon genlerde intron yok!
bağlıdır.
3 11/15/15 ÖKARYOTİP GENLERİN YAPISI
•  Çoğu ökaryotik genler, kodlayan diziler yani
EKZON lar içerirler.
•  Bu ekzonlar arasında İNTRONlar bulunur.
•  EKZON ve İNTRONların her ikisi de primer
RNA elde etmek için transkrip edilirler.
•  Olgunlaşmış RNA (mature RNA)’nın
şekillenmesi için intronlar uzaklaştırılır.
Kaynak: (The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Cooper GM.)
• 
• 
• 
• 
• 
FARE Β-GLOBİN GENİ
Bu gen 2 intron içerir
Bu intronlar üç ekzonu birbirinden ayırır
Ekzon 1, 1’de 30’a amino asitleri kodlarken
Ekzon 2, 31’den 104’e ve Ekzon 3 de 105’den 146’ya
amino asitleri kodlarlar.
•  (The Cell: A Molecular Approach. 2nd ediIon. Cooper GM) Ökaryot genomlarındaki
genetik bilgi GENOME
Transkripsiyon
TRANSKRİPTOM
Translasyon
PROTEOM
Mitokondri ve kloroplast DNA’sı Genom Büyüklüğü
•  Ökaryot genomları, prokaryot genomlarından
oldukça büyüktür.
•  Hücre büyüklüğüne bağlı olarak genom
büyüklüğü de artar.
•  Ancak, genom büyüklüğü ile organizmanın
karmaşıklığı orantılı değildir.
Örnek: Zambak genom > İnsan genomu
Çekirdek DNA’sında bulunan birçok gen
mitokondri ve kloroplast için önemli işlevleri olan
proteinleri kodlarlar
•  Bir genomda bulunan DNA miktarı, o genomun
büyüklüğünü ifade eder.
4 11/15/15 GENOM BÜYÜKLÜĞÜ GENOM BÜYÜKLÜĞÜ Bakteriler
Mayalar
•  Semender ve insan genomlarının büyüklüklerindeki fark, semenderin genomunda daha fazla gen değil daha fazla miktarda kodlanmayan DNA bulunmasını yansıtmaktadır. Bitkiler
Böcekler
Amfibiler
Kuşlar
Memeliler
106
107
108
109
1010
1011
•  Şekilde İnsan
Genomunun ilk
çıktısı görünüyor.
•  Londra’da
bulunan bir seri
cilt kitaptan
oluşmaktadır.
•  Büyük miktarda kodlanmayan dizi varlığı karmaşık ökaryotların genomlarının genel bir özelliğidir. •  Eğer DNA zinciri düz bir çizgi şeklinde
açılsa
- İnsan genomunu oluşturan 46 kromozom
2 metreden daha fazla uzayabilirdi.
-Eğer 100 trilyon hücreninkini açtığınızda
ise bu uzunluk 182 milyar kilometreyi
geçecektir.
•  Bu ise dünyadan güneşe gidip gelmeye
yetecek materyal sağlayacaktır.
[Kaynak: Centre for Integrated Genomics]
Bunlar biliyor musunuz?
İnsanın Genomundaki DNA Tipleri
Tip I DNA:
Yaşadığımız 60 saniye
içeresinde
Vücudunuzun ürettiği DNAları
bir birine bağlasanız 100.000
kilometreyi bulur.
•  Tek kopya halinde bulunur ve genomun %2’sini oluşturan
benzersiz DNA dizileridir.
•  Bunlar yapısal genlerdir.
•  Genlerin exon parçaları mRNA ve polipeptide çevrilir.
5 11/15/15 İnsanın Genomundaki DNA Tipleri
Tip II DNA:
İnsanın Genomundaki DNA Tipleri
Tip III DNA’lar: •  Genlerin intron parçasıdır.
•  Transkripsiyon yapmaz, proteine çevrilmez ve kopya •  Bunlar transkribe olur fakat protein kodlamazlar.
•  mRNA hariç diğer RNA’ların (t-RNA, r-RNA)
halinde bulunmaz. •  Tip I DNA genlerine biIşik olarak bulunur ( promotör, transkripsiyonunu yapar.
•  Özellikle rRNA’ların transkripsiyonunu yapan kısım,
tekrar bölgelerinden oluşur.
enhancer vb.). •  Düzenleyici görev yapar. •  Genomun %5’ini oluşturur. •  Tip II, DNA’lar genomunun %10’unu oluştururlar.
İnsanın Genomundaki DNA Tipleri
Tip IV DNA’lar: •  Genoma dağılmış halde bulunur, kopyaları yoktur (tek kopya halinde), •  İşlevleri bilinmiyor. İnsanın Genomundaki DNA Tipleri
Tip V DNA’lar: •  Tekrarlayan DNA dizileridir. •  İşlevleri bilinmiyor, belli oranda tüm genoma dağılmış (gen düzenleyici), belli oranda ardışık tekrarlar halinde sentromerik ve telomerik bölgelere özgü bulunur. •  Genomun %50’sin den fazlasını oluştururlar. •  İnsan genomunun %25’ini oluşturur. Ökaryot genomlar
•  Kodlanmayan DNA dizileri içerir
•  İnsan genomunun %98.5’i kodlanmayan
DNA oluşturur
Kodlanmayan genomların
görevleri nelerdir?
•  Gen ifadelerinin kontrolü
Bir genin hangi hücrede, ne zaman, ne kadar etkileşeceğini (akIf olacağını) denetler. 6 11/15/15 İnsan Genomu
İnsan Genomu
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
İki rRNA
•  Yaklaşık 30,000 – 40,000 gen
kapsadığı düşünülmektedir.
•  Bu sayı E. Coli’deki miktarın sadece 10 ka^dır.
Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Protein
kodlayan
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
Yüksek
Tekrarlanan
DNA
(420 Mb)
Pseudogen
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
İntron
DNA
transpozon
LTR
Gen
Frangmanları
Gen aileleri
Gen Kümeleri
13 Polipedtit
kodlayen gen
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
RNA
Kodlayan
Tek genler
22 tRNA
Klasik Satallite
DNA
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
Multigen aileleri
İnsan Genomu
Tekrarlayan DNA Dizileri
İnsan genomunun
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
yaklaşık %50’si tekrarlayan dizilerden
2 rRNA
oluşur.
Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Ancak karmaşık ökaryot genomlarının daha da büyük bir
22 tRNA
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
Tekrarlayan
DNA
(420 Mb)
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
kısmı, çok sayıda tekrarlanan ve kodlanmayan DNA
dizilerinden oluşur ve bu dizilerin değişik tipleri vardır.
Protein
kodlayan
RNA
Kodlayan
Pseudogen
Tek genler
İntron
Kümelenmiş Tekrar Dizileri Klasik Satelit Mini Satelit (yaşlaşık 10-­‐30 baz çiOi) Mikro Satelit (2-­‐5 baz çiOi) Gen Kümeleri
DNA
transposon
LTR
Klasik Satallite
DNA
Multigen aileleri
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
Kümelenmiş Tekrar Dizileri: •  Bu diziler ardışık halde çok sayıda tekrarlardan oluşan kısa DNA dizilerdir ve genomda belli bölgelerde kümelenmiş halde bulunurlar. •  1-­‐500 nükleoItden oluşan milyonlarca ardışık tekrarlardan oluşur ve genomun %10’unu oluştururlar. Genoma Dağılmış Tekrar Dizileri Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
Gen aileleri
Bunlardan bir kısmı genomda kümelenmiş halde
bulunurken bir kısmı DNA’ya dağılmış halde bulunurlar.
13Polipedtit
kodlayen gen
LTR (Long terminal repeats) LINE (long interspersed elements) DNA transpozon SİNE (short interspersed elements) •  Ardışık kısa tekrar dizileri transkribe olmaz ve proteine çevrilmez (işlevsel geneIk bilgi taşımaz). Ancak kromozomun yapısında önemli rol oynarlar. •  Kümelenmiş ardışık tekrar dizileri, ana DNA kısmından farklı bir bant oluştururlar. Bunlara (ardışık tekrar dizilerine) uydu veya satellit DNA denir ve kromozomların sentromer bölgelerinde bulunurlar. 7 11/15/15 İnsandaki satellit dizilerin bazıları pentanükleoId şeklinde bulunurlar. Böyle satellit DNA’lar, 1, 9 ve 16. kromozomun kollarında proksimal bölgede, Y kromozomunun uzun kolunun hemen hemen tamamında bulunurlar. Diğer satellit DNA’lar ise biraz daha uzun baz dizilerinden oluşmuştur. Örneğin; insan sentromeki DNA’sı α, β ve diğer üç satellit sınıfndan (satellit I, II ve III) oluşurlar. α satellit DNA’sı 171 baz çigi uzunluğunda ardışık tekrar dizilerinin çok sayıda kopyasından oluşurlar. İnsan genomunda satellit DNA’nın bir alt grubu olan mini satellit DNA’lar da bulunur. Bunların toplam dizi uzunlukları sınırlı olup birkaç kb (kilo baz çigi) uzunluğundadır. Mini satellitler az veya çok, her kromozomun uzunluğu boyunca dağılmışlardır. Farklı bireylerin genomları arasındaki varyasyonları incelemek için önemli bir moleküler araç olarak kullanılırlar. Bu nedenle bunlara DNA marker’ları da denir. Adli ^pta, kromozom analizinde, genomun haritalanmasında, kalıtsal kromozom hastalıklarının tanısında kullanım açısından önemlidir. Genoma Dağılmış Tekrar Dizileri
Genoma Dağılmış Tekrar Dizilerinin
Özellikleri
•  Bunlar satellit DNA’lardan farklı olarak genoma dağılmış
halde bulunurlar.
•  Bu nedenle kromozomlar üzerindeki genlerin yeri sabit değildir.
•  Bu tekrar dizileri ardışık olmayan kısa veya uzun DNA tekrar
dizilerinden oluşur.
•  Genoma dağılmış olan tekrar dizileri hareketli DNA dizileridir.
•  Bu hareketli DNA parçaları gen aktivitesinden ve genlerin
düzenlenmesinden sorumludurlar.
•  Genom içinde hareket edebilen, hareketli DNA tekrar
dizilerine transpozon denir.
•  Tekrar dizilerinin genom içinde bir genden başka bir gen
bölgesine hareket etmesine transpozisyon denir.
•  Bu dağılmış tekrarlayan elemanlar, genomun büyüklüğüne
büyük katkıda bulunur ve insan genom DNA’sının %50’sini
oluştururlar.
Genoma dağılmış tekrar dizilerin
Genoma dağılmış tekrar dizilerin çeşitli
çeşitli tipleri vardır:
tipleri vardır:
1.  SİNE (serpiştirilmiş kısa tekrar dizileri):
•  Genomun %13’ünü oluştururlar.
•  Genoma dağılmış halde olan kısa tekrar dizilerdir.
•  Bunlar, RNA’ya transkribe olabilir, fakat proteine kodlanmayan
dizilerdir.
•  İşlevleri henüz bilinmiyor.
•  SİNE’lerin en önemli ailelerinden birisi, Alu gen familyasıdır.
500 baz çiftinden daha küçük olup genoma dağılmış halde
bulunurlar.
2. LİNE (serpiştirilmiş uzun tekrar dizileri):
•  LİNE’ler 6-8 kb uzunluğundadır, yaklaşık 850.000 tekrarlayan
LİNE dizisi vardır.
•  İnsan DNA’sının %21’ini oluştururlar.
•  LİNE’ler transkribe olurlar (RNA’ya çevrilir) ve bazıları protein
kodlar ancak hücre içinde bilinen bir işlevi yoktur.
•  Genomda dağılmış şekilde bulunurlar.
•  Hareketliliği sağlayan enzimleri kodlarlar.
•  Retrotranspozonlardandır.
8 11/15/15 RNA Retrovirüsler ökaryot hücreleri
Transpozon = Hareket edebilen
infekte ederler.
element = TEs
Retro= RNA’dan DNA’ya
genetik bilginin ters
•  Hareket ederler ve genom içerisindeki sayılarını arttırılar
akışıdır.
•  Sıçrayan genler? Junk DNA (Çöp DNA)? veya genomun
(kara tarafafı) bilinmeyen tarafı?
Reverse transkriptaz =
•  Sadece Ökaryortlarda değil bakterilerde de bulunur.
bir RNA veya DNA
template i kullanan
DNA
polimeraz
İki temel sınıfa ayrılırlar
enzimidir.
-  Retrotranspozonlar
-  DNA transpozonlar
1.  Retrotranspozonlar: Genoma dağılmış tekrar dizilerin
Eklenen retrovirüs genomu
çeşitli tipleri vardır:
Proteaz
RT
Kapsid
3. Retrovirüs benzeri elemanlar: Yaklaşık 2-10 kb uzunluğundadır. İnsan
Kapsid gende Mutasyon (delesyon)
genomunda yaklaşık 450.000 retrovirüs benzeri eleman vardır ve insan
Retrotranspozon
DNA’sının yaklaşık %8’ini oluştururlar.
4. DNA transpozonlar: İnsan genomunda yaklaşık 300.000 kopya DNA
transpozonu vardır ve bunlar 80-3000 baz çifti uzunluğunda olup insan
Proteaz
DNA’sının %3’ünü oluştururlar.
hareketli DNA elemanlarının genomda hareket etmeleri 2 tipte olur:
RT
•  Retrotranspozon virüs yapamaz çünkü kapsid proteini üretemez
•  Retrotranspozon kendisinden bir çok kopya üretebilir
•  RT = reverse transkriptaz
2. DNA transpozonlar: 1. Retrotranspozonlar: . •  SİNE, LİNE ve retrovirüs benzeri elemanlar retrotranspozanlar olup RNA aracılığı ile hareket ederler. Yer değişIrmeleri ters (Revers) transkripsiyon ile olur. Transpozon
mRNA
Aktif enzim yok
(renksiz)
mRNA
Aktif enzim
(mor)
Barbara McClintock
•  Revers transkriptaz enzimi kullanılır. •  Öncelikle bu diziler RNA’ya çevrilir, RNA revers transkriptaz enzimi ile DNA’ya çevrilir ve bu DNA’lar genomda yeni bir bölgeye yerleşirler. 9 11/15/15 2. DNA transpozonlar: 2. DNA transpozonlar: •  Bu elemanların yarısının RNA aracılığıyla hareket etmesi •  DNA aracılığıyla hareket ederler. önemlidir ve bu şekilde ters transkripsiyon, insan •  Bu diziler genom içinde kopyalanırlar ve tekrar genomunun %40’ından fazlasının oluşmasından sorumludur. DNA’da yeni bir bölgeye yerleşirler. Böylece •  Bu tekrarlayan dizilerin büyük çoğunluğunun hücreye bir genomun yarısı, replike olmuş ve genom içinde katkısı yoktur ama bazıları gen ifadesinin düzenlenmesine DNA veya RNA aracılığıyla hareket eden, katkıda bulunur. serpişIrilmiş tekrarlayan elemanlardan oluşur. •  Ayrıca gen düzenlenmesini uyararak geneIk çeşitliliğin oluşmasında önemli evrimsel rolleri vardır. İnsan Genomu
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
İki rRNA
Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Protein
kodlayan
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
Yüksek
Tekrarlanan
DNA
(420 Mb)
RNA
Kodlayan
Gen aileleri
Gen Kümeleri
22 tRNA
13 Polipedtit
kodlayen gen
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
Pseudogen
Tek genler
Kodlayan Genler
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
İntron
Gen
Frangmanları
Multigen aileleri
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
DNA
transpozon
LTR
Klasik Satallite
DNA
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
İnsan Genomu
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
2 rRNA
Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Protein
kodlayan
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
Tekrarlayan
DNA
(420 Mb)
RNA
Kodlayan
İntron
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
DNA
transposon
LTR
Gen aileleri
Klasik Satallite
DNA
Gen Kümeleri
13Polipedtit
kodlayen gen
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
Pseudogen
Tek genler
22 tRNA
Multigen aileleri
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
10 11/15/15 İnsan Genomu
Gen Aileleri
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
İki rRNA
Birbirinin aynı veya benzeri olan nükleotid dizilerine sahip
Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
gen kopyalarının bir araya gelmesiyle gen aileleri oluşur.
Genellikle dublikasyonla meydana gelirler.
Birçok gen ailesinin üyeleri DNA’da bir bölgede toplanmış
bulunurken, çok az kısmı farklı kromozomlara dağılmış
olarak bulunur. Bir gen ailesinin üyeleri nükleotid dizilimi
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Protein
kodlayan
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
Yüksek
Tekrarlanan
DNA
(420 Mb)
Pseudogen
açısından diğer gen ailelerinin üyelerine göre birbirlerine
benzerdir. Foksiyonel olarak özdeş olabilirler.
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
İntron
Gen
Frangmanları
Gen aileleri
Gen Kümeleri
13 Polipedtit
kodlayen gen
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
RNA
Kodlayan
Tek genler
22 tRNA
DNA
transpozon
LTR
Klasik Satallite
DNA
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
Multigen aileleri
İnsan Genomu
Psödogenler
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
Bazı durumlarda bu gen gruplarının üyelerinin uğradığı İki rRNA
mutasyonlar, mutasyona uğrayan gen üyelerini fonksiyonlarını yapamaz hale geIrir. Yapısal genlere çok benzeyen ancak fonksiyon yapamayan gen kopyalarına psödogen denir. Bu psödogenler herhangi Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Protein
kodlayan
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
bir işlev yapmayan ancak genomun büyüklüğünü ar^ran gen kopyalarıdır. Yüksek
Tekrarlanan
DNA
(420 Mb)
RNA
Kodlayan
Gen aileleri
Gen Kümeleri
13 Polipedtit
kodlayen gen
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
Pseudogen
Tek genler
22 tRNA
İntron
Gen
Frangmanları
Multigen aileleri
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
DNA
transpozon
LTR
Klasik Satallite
DNA
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
İntronlar ve Eksonlar nedir?
Bir genin kodlanan DNA dizilerine ekson,
bir gen içinde kodlanmayan DNA dizilerine de
intron denir.
11 11/15/15 İntronların işlevi?
Her gende intron var mıdır?
• 
Tam olarak aydınlatılamamıştır
• 
DNA dizileri ekzonlardan uzundur
• 
• 
İnsan genomunun %90’dan fazlası intronlardan oluşur
• 
Bir genin eksonlarının farklı kombinasyonlarda birleşmesini yani genin farklı şekilde düzenlenmesini sağlar Farklı genlerin kombinasyonuna yol açar. Farklı genler arasında oluşan bu rekombinasyon ekson karma olarak adlandırılır. •  İntronların asıl görevi gen ifadelerinin kontrol edilmesinde rol almaktadır. •  Hayır, intronlar evrensel değildir. Örneğin histon
protein sentezleyen genler intron içermezler. Bu da genlerin işlevsel olabilmesi için intronların şart olmadığını gösterir
•  Maya gibi basit ökaryot hücrelerin genlerinde intronlar bulunmaz. •  Bir genin eksonlarının farklı kombinasyonlarda birleşmesini yani genin farklı şekilde düzenlenmesini sağlar İntronlar farklı genlerin kombinasyonuna yol açar. Farklı genler arasında oluşan bu rekombinasyon ekson karma, altertan5f kırpılma (splicing) olarak adlandırılır. intron
Exon 1 2 Exon 1 2 Exon 1 2 Exon 3 Exon 3 Ökaryotik Kromozom Yapısı
Genler, tekrarlı diziler,
Replikasyon originleri
(çoğunlukla ökromatin)
4
4
Protein 1
Exon 3 4
Protein 2
Exon 3 4
Protein 3
Sentromer
(heterokromatin)
Telomerler
(heterokromatin)
Alterna5f kırpılma tek bir geninin farklı proteinleri kodlamasını sağlar. Bu, gen sayısını ar^rmadan, bir organizmanın üretebileceği farklı proteinlerin sayısını armrır. Telomerler:
•  Ökaryot kromozomların uç bölgelerine telomer denir. •  Telomer bölge, kromozom uç bölgelerinin korunmasında önemli rol oynarlar. •  Doğrusal DNA moleküllerinin replikasyonu için telomer bölgeler şarmr. •  Ökaryotların hemen hemen hepsinde telomer DNA dizileri benzerdir ve çok sayıda ardışık olarak tekrarlanan DNA bölgeleridir. Telomerler:
•  Bir telomer DNA dizisi G’ce zengin olup 6 nükleoIdten oluşur. Ör; insanlarda telomer dizisi AGGGTT’dir. •  Bu diziler yüzlerce veya binlerce kez tekrarlanır birkaç kb uzunluğa erişip tek iplik halinde kromozomun uç bölgesini oluşturur. Dolayısıyla kromozomun telomer bölge tek iplikcikli bir uç (çıkın^) şeklindedir ve G’ce zengin olduğu için G çıkın^sı (ucu) olarak adlandırılır. •  Telomer DNA’nın bu tekrar dizilerinin oluşturduğu çıkın^ bir ilmek şeklindedir 12 11/15/15 Telomerlerin iki ANA işlevi
•  Kromozomların uçlarının yıkılmasını veya birbirleriyle birleşmesini engellemek için Telomerlerin Görevleri
•  Telomerlerin en önemli görevi doğrusal DNA’nın uç bölgelerinin replikasyonunu sağlamak^r. •  Kromozomların telomer bölgelerinde DNA pol. pirimer uç olmadığı için sentez yapamaz •  Kromozom uçlarının tamamen replike olmasını sağlamak için ve dolayısıyla her hücre bölünmesinde kromozom boyları pirimer uç kadar kısalır. Telomerlerin Görevleri
Telomeraz:
Ancak bu problem, kromozomların telomer bölgelerinin sentezinden sorumlu olan telomeraz enzimi tarafndan çözümlenmişIr. Telomeraz enzim yapısında bir RNA ve reverstranskriptaz enzimi bulunur. Bu enzim RNA’yı kalıp olarak kullanarak reverstranskriptaz enzim aracılığı ile telomerlerin sentezini yapar. Telomerlerin korunması, hücre yaşam süresi ve üreme kapasitesinin belirlenmesinde rol oynar. Ökaryotlarda Telomerik Tekrar
Dizileri
•  Grup
Organizma
•  Vertebrates İnsan, fare, Xenopus
•  Filamentli Mantarlar
Neurospora
Physarum, Didymium Dictyostelium
Yüksek Bitkiler
Arabidopsis
•  Böcekler
Bombyx mori
•  Nematodlar
Ascaris lumbricoides
•  Algler
Chlamydomonas
•  Telomerlerdeki tekrar dizilerini kromozomların
uçlarına ekleyen enzimdir.
•  Bir RNA kalıbına sahip Revers Transkriptaz
(Ribonukleoprotein Kompleksi)
•  Telomerler kısalırsa genetik bilgi kaybolabilir ve
hücre ölüme gidebilir (senesens)
Telomer Replikasyonu
Telomerik Tekrar
TTAGGG
TTAGGG
TTAGGG
TTTAGGG
TTAGG
TTAGGC
TTTTAGG
Ucu katlanmaz
Telomeraz dGTP dTTP
Tekrar katlanma: sıradışı
G-G baz eşleşmesi
Polimeraz boşlukları
Doldurur
13 11/15/15 Kanser ve Telomerler
•  Somatik Hücreler sadece birkaç kez bölünmek
için programlanmıştır
•  Somatik hücreler normal olarak yaşlanır, bu
arada telomerler kısalır, telomeraz aktivitesi
düşer
•  İnsan tümörlerinde, telomeraz aktivitesi
normalin çok üstündedir ve hücre bölünmesi ve
proliferasyona yol açar.
Normal ve Anormal Telomer Fonksiyonu
Normal ya da Kanser Hücresinde:
Hücreler Nasıl Ölümsüz
Olurlar?
•  Telomeraz sayesinde
•  Tümör Hücrelerinde Telomeraz aktivitesi
durdurulursa hücreler ölür
•  Telomerazı kodlayan gen normal
hücrelerde de vardır fakat anlatımı azdır.
3'
TELOMERASE
Telomeraz
5'
TEP1
hTERT
TEMPLATE
GTTAGGGTTA
INACTIVE
İnaktif
ACTIVE
Aktif
Kısalmış
telomerler
shortened
telomeres
stabil
telomerler
stable
telomeres
Hücre
cellölümü
senescence
hücre
cell survival
Yaşlanma
AGING
yaşar
Kanser
CANCER
14 11/15/15 İnsan Genomu
Nükleer Genom
3000 Mb
~80.000 gen
2 rRNA
Genler ve Gen ilişkili
dizler
(900 Mb)
Kodlayan
DNA
(90Mb)
Protein
kodlayan
22 tRNA
Kodlamayan
DNA
(180 Mb)
Tekrarlayan
DNA
(420 Mb)
RNA
Kodlayan
Özgün ve az
kopyalayan
(1680 Mb)
Yayılan
tekrarlanan
Kümelenmiş
Tekrarlanan
İntron
DNA
transposon
LTR
Gen aileleri
Klasik Satallite
DNA
Gen Kümeleri
13Polipedtit
kodlayen gen
Ekstragenik DNA
(2100 Mb)
Pseudogen
Tek genler
Mitokondri ve yeri
Mitokondriyal
Genom
16,6 kb, 37 gen
Multigen aileleri
LİNE
SİNE
Minisatellite
Mikro satellite
DNA
Mitokondri ve Kloroplast
Besin ve Oksijen
Enerji (ATP)
Enerji kaynakları
Leigh Sendromu
•  Mitokondriyal oksidatif
fosforilasyonun bozukluğudur
•  6 aya kadar sağlıklı görünür
Enerji kaynakları
•  Yüksek plazma laktik asid, 3
yaşlarında ise genelde ölüm ile
sonuçlanır.
15 11/15/15 Mitokondri ve Kloroplast
<20kb
Yapısı
100.000- 2 milyon baz
İnsan Mitokondri Genomu
•  Elektron taşınması ve oksidatif
fosforilasyonla ilişkili 13 protein
kodlar
•  Organel genomunda kodlanan
proteinlerin sentezi için gerekli olan
16S ve 12S rRNA’lar ile 22 tRNA
kodlar
Replikasyonu
•  Semi konservatif
•  Mitokondriye özel DNA polimeraz
kullanır
•  Başlangıç için RNA primer sentez
edilir
•  Hücre döngüsünde S evresinde
sentez olur
D loop
Replikasyon
Modeli
16 11/15/15 İlk mtDNA mutasyonu 1988
mtDNA’daki Mutasyonlar
1. PROTEIN SENTEZ GENLERIN
deki mutasyonlar
- tRNA, rRNA
2. PROTEİN-KODLAYAN GENLER
deki mutasyonlar
- Multi spesifik (LHON, NARP/MİLS)
- Doku spesifik
mtDNA defektleri
Tek (single) delesyonlar
- Kearns-Sayre syndrome (KSS)
- PEO + prozimal zayıflık
- Pearson sendromu (PS)
tRNA genlerin nokta mutasyonları
- MELAS
- MERRF
17 11/15/15 2. Protein kodlayan
genlerdeki defektler
Leber’s hereditary optic neuropathy
(LHON)
Neurpathy, ataxia, retinitis
pigmentosa (NARP)
Mitokondri Hastalıkları
Mitokondri Hastalıkları
•  Leber’in Kalıtımsal Optik
Nöroptisi (LHON)
Optik sinirlerin dejenerasyonu
sebebiyle körlükle sonuçlanır.
Görme kaybı genelde 15-35 yaşlar
arasında ortaya çıkar.
Erkekler hiç bir zaman LHON’u
çocuklarına aktarmazlar
Kloroplast
•  Leber’in Kalıtımsal Optik
Nöroptisi (LHON)
Bu hastaların Mitokondri DNA’sında
mutasyon vardır.
Bu mutasyon 11778. baz çiftindedir.
Elektron taşıma kompleks I’in alt
birimlerinden birini etkilemekte ve arjinin
yerine histidin girmesine sebep olmaktadır.
Kloroplast GENOMU
Mitokondriler gibi genetik bilgilerini
bakterilerden aldıkları düşünülüyor.
Yine Mitokondriler gibi çembersel DNA
dan oluşur.
Fakat çok daha büyük ve karmaşıktır
120 ila 160 kb arasındadır ve yaklaşık
150 gen
Kloroplast Genomu
•  Kloroplast genleri gen ekspresyonunda
görevli RNA ve proteinleri kodladıkları
gibi, fotosentezde işlev gören çeşitli
proteinleri de kodlar.
•  mRNA’larının çevriminde kullanılan r ve
tRNA’lar organel genomu tarafından
kodlanır. 4 RNA (23S, 16S, 5S ve 4.5S)
ve 30 tRNA türünü kapsar.
18 11/15/15 Ayşe
Neşe
Büşra
Ahmet
Beyza Yavuz Müge Hakan
Habib Başar ZülehaOrhan
a) Ayşe ve Ahmet
b) Beyza ve Yavuz
c) Ayşe, Yavuz, Habib ve Başar
d) Ahmet, Yavuz, Habib ve Başar
e) Ayşe, Neşe, Büşra ve Hakan
Kaynaklar
1- The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Cooper GM
2-http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/DNA_C_Value_Paradox2-Hybridization_Kinetics.htm
3- http://www.bcgsc.ca/people/malachig/htdocs/medgen520/Block1.htm
4- http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/38872.pdf
5- Centre for Integrated Genomics
Sizlere bir hayat boyu başarılar
dilerim.
Doç. Dr. Metin Aytekin
19