GEN MUTASYONU - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/Genetik ve biyotek/4... · değiimler...

DNA, Kromozom Mutasyonları ve KanserASLI SADE MEMİŞOĞLU

Konular1. Gen Mutasyonu

2. Kromozom mutasyonları

1. Gen mutasyonu

Konular

1. Gen mutasyonlarının sınıflandırılması

2. Kendiliğinden oluşan mutasyonlar sebepleri

3. Tetiklenmiş mutasyonların sebepleri

4. Mutasyon tanısı

5. Mutasyonların araştırmalarda kullanımı

5

Mutasyon, DNA dizisindeki değişiklik olarak tanımlanabilir.

Mutasyon:

Tek bir baz çifti değişiminden,

Bir veya daha fazla baz çiftinin silinme ya daeklenmesinden oluşabilir.

1.1. Mutasyonların sınıflandırılması

6

Mutasyonlar fenotipte değişikliğe yol açabilir ya da açmayabilir.

Organizmanın özelliklerini değiştirme derecesi, mutasyonun nerede olduğuna ve mutasyonun geni ne denli değiştirdiğine bağlıdır.

Mutasyonlar somatik hücrelerde ya da eşey hücrelerinde olabilir.

Eşey hücrelerinde olanlar kalıtılır ve bu sebeple, genetik çeşitlilik ve evrimin de temelini oluşturur.

1.1. Mutasyonların sınıflandırılması

7

Mutasyonlar, kendiliğinden ya da tetiklenmiş olarak sınıflandırılabilir

Kendiliğinden mutasyon genlerin nükleotid dizilerindeki rastgele değişikliktir.

Bu duruma herhangi bir dış etken sebep olmaz

Hücre içi biyolojik ve kimyasal tepkimeler sonucu oluşur

Genellikle DNA eşlenmesi (replikasyonu) sırasında oluşan hatalardır.

1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar

8

1. DNA eşlenmesi hataları DNA polimerazlar eşlenme hatalarının çoğunu yapılarında

bulunan 3’-5’ yönünde çalışan ekzonükleazlarını kullanarak düzeltebilmelerine karşın,

Yanlış girmiş nükleotitler eşlenmeden sonra kalabilirler.

Bu hatalar ağırlıklı olarak nokta mutasyonlarına yol açar.

Nokta mutasyonlarına ek olarak, DNA eşlenmesi, küçük eklenme ve silinmelere neden olabilir.

Eşlenme sırasında polimerazın kayması

1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar

9

2. Pürin eksilmesi

Çift sarmal DNA’daki azotlu bazlardan birinin kaybolması durumudur.

Genellikle pürinlerde meydana gelir (adenin veya guanin).

Binlercesi memeli hücrelerinde bir günde oluşur

AP bölgesi onarılmazsa DNA eşlenmesi sırasında kalıp rolü oynayacak hiçbir baz bulunmayacaktır.

Sonuçta DNA polimeraz, bu bölgedeki nükleotitleri rastgele yerleştirebilir.

1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar

10

3. Amin eksilmesi

Adenin ve sitozindeki bir amino grubunun keto grubuna dönüşmesidir.

Eşlenme sırasında her iki molekülün de baz eşleşmeözellikleri değişmiş olur.

Kendiliğinden ya da nitröz asit(HNO2) gibi kimyasal mutajenlerle muamele sonucu oluşabilir.

1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar

11

4. Oksidatif hasar

Hücrelerde, normal oksijenli solunum sırasında reaktif oksijentürleri oluşur.

Bu radikaller (süperoksitler, hidroksil radikalleri, hidrojen peroksitvb.), DNA’nın yapısal bütünlüğü için tehdit oluşturur.

Bu maddeler, yüksek enerjili radyasyon sonucunda da oluşabilir.

DNA’daki bazlar üzerinde 100’den fazla farklı tip kimyasal değişiklikoluşturabilirler.

1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar

12

Tetiklenmiş mutasyon, herhangi bir dış faktörün etkisi sonucu oluşan mutasyonlardır.

Doğal ya da yapay ajanlar sonucu oluşabilir.

Ör: UV ışınlar, kimyasallar

Her tür mutasyon rastgele oluşur. Bilinçli bir olay değildir!!!

1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar

13

Yaşadığımız çevrede bol miktarda mutajen bulunmaktadır.

Doğal mutajenler;

Mantar toksinleri

Kozmik ışınlar

UV ışınları vb’dir.

Yapay mutajenler ise;

Endüstriyel kirleticiler,

Tıbbi X ışınları

Sigara dumanındaki kimyasallar vb’dir

1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar

Nükleik asit biyosentezi sırasında pürin ya da pirimidinlerin yerinegeçebilen mutajenik kimyasallardır.

5 bromourasil (5-BU), timin yerine DNA’ya girebilir.

adenin yerine guanin ile eşleşecektir

14

1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar

1. Baz Analogları

I. Dünya Savaşı’nda keşfedilen kükürt içeren hardal gazı alkilleyici bir ajandır.

Nükleotitlerdeki amino veya keto gruplarına CH3 veya CH3CH2 gibi bir alkil grubu ekler.

Bu yolla oluşan 6-etil guanin, timinle eşleşir.

15

1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar

2. Alkilleyici ajanlar

Kısa dalga boylu ışınlar yüksek enerji taşıdıklarından organik moleküllere zarar verirler.

UV radyasyonu, yan yana duran iki timin bazı üzerinde pirimidindimerleri oluşturur.

C-C ve T-C dimerleri meydana gelebilir.

Dimerler DNA yapısını bozar ve normal eşlenmeyi durdurur.

16

1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar

3. UV ışınları ve timin dimerleri

17

X ışınları, gama ışınları ve kozmik ışınlar dokularınderinliklerine kadar girerler.

Yolları boyunca karşılaştıkları moleküllerin iyonlaşmasına neden olurlar.

Böylece kararlı moleküller ve atomlar, serbest radikallere ve reaktif iyonlara dönüşür.

Bu tepkimeler DNA’yı etkileyerek nokta mutasyonlar oluşturabilir.

Fosfodiester bağlarını kırarak kromozom bütünlüğünü bozar.

Buna bağlı olarak silinmeler, yer değiştirmeler ve kromozomalparçalanmalar oluşabilir.

1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar

4. İyonize radyasyon

18

Mutasyonlar oluştukları hücre tipi ya da kromozombölgelerine göre sınıflandırılabilirler.

Hücreye göre

Somatik mutasyonlar; eşey hücreleri dışında herhangi bir hücredeolabilirler, sonraki nesile aktarılmaz

Eşey hücre mutasyonları, gametlerde oluşur, sonraki nesile aktarılır

Kromozoma göre

Otozomal mutasyonlar, otozom kromozomlar üzerinde yeralan genlerde oluşur.

X veya Y kromozomlarına bağlı mutasyonlar

1.1.3 Mutasyonun yerine göre sınıflandırma

19

Nokta mutasyon Yanlış anlamlı (missense) mutasyon Anlamsız (nonsense) mutasyon Sessiz (silent) mutasyon

Silinme veya eklenme

1.1.4 Moleküler değişiklik tipinegöre sınıflandırma

20

Bir DNA molekülünde bir baz çiftinin diğer bir baz çiftine dönüşümü nokta mutasyonu olarak adlandırılır.

Bir genin kodonundaki bir nükleotitte oluşan nokta mutasyonu, yeni bir aminoasit oluşumuna yol açabilir ve

Bu duruma yanlış anlamlı mutasyon (missense mutation) denir.

Bir başka durumda kodon, bir durdurucu kodona dönüşür ve protein sentezinin sonlanmasını sağlar.

Böylece anlamsız (nonsense) mutasyon oluşur.

Sessiz mutasyon: Nokta mutasyonu bir kodonu değiştirir fakat proteinin o pozisyonda bir aminoasit değişikliğine yol açmazsasessiz mutasyon oluşur.

1.1.4 Moleküler değişiklik tipinegöre sınıflandırma

21

Gen içinde herhangi bir noktaya bir ya da daha fazla nükleotitin girmesine eklenme, çıkmasına isesilinme adı verilir.

Tek bir harfin kaybedilmesi veya eklenmesi sonraki tüm üç harfli kodonların değişmesine sebep olur

buna çerçeve kayması mutasyonu denir.

1.1.4 Moleküler değişiklik tipinegöre sınıflandırma

22

23

İşlev kaybı (loss of function) mutasyonu

İşlev kazancı (gain of function) mutasyonu

Morfolojik bir özelliği etkileyen mutasyonlar

Besinsel (nutritional) veya biyokimyasal etki gösteren mutasyonlar

Davranış mutasyonları

Düzenleyici mutasyonlar

Öldürücü (letal) mutasyonlar

Koşullu mutasyonlar

Nötral mutasyonlar

1.1.5 Fenotipik etkilerine göresınıflandırma

24

Bilim insanları genlerin işlevlerini anlamak için mutasyonları incelerler

Fakat doğada mutasyonlar nadir görüldüğünden kendileri kimyasallarla mutasyon oluştururlar ve bundan sonra oluşan değişimleri normal organizmayla karşılaştırırlar

1.2. Mutasyonların tanısı

25

Mutant hücreleri mutant olmayanlardan ayırmak için seçilim(seleksiyon) yapılır.

ÖR: Neurospora ekmek üzerinde büyüyen pembe bir küftür.

Yabanıl tip, minimal kültür ortamında (glikoz, birkaç organik asit, tuzlar, amonyum nitrat, biotin) üreyebilir.

Tetiklenmiş mutantlar ise bu ortamda üreyemezler.

Bu mutantlar ancak; aminoasitler, vitaminler ve nükleik asit türevlerince desteklenmiş tam besi ortamında üreyebilirler.

2.1 Bakteri ve mantarlarda tanı

26

ÖR: Minimal ortamda büyüyemeyen mutantlar, metiyonin amino asitieklendiğinde büyüyebiliyorsa, bu hücrelerde metiyoninamini asitini kodlayan kodonda bir mutasyon var demektir.

Bu yolla mutantlartanımlanabilir.

1.2.1 Bakteri ve mantarlarda tanı

Mutantlar, her biri tek bir bileşik ilave edilmiş minimal ortamlardaüremeye bırakılırsa, hücrenin üretemediği bileşik tespit edilir.

İnsanlar uygun deneysel organizmalar değillerdir.

İnsanlarda mutasyona dayalı bir bozukluğun tespiti için öncelikle soyağacı (pedigri) analizi yapılır.

Mutasyonun kalıtımla geçtiği belirlenebiliyorsa;

Mutant allelin baskın veya çekinik olup olmadığı veya

X’e bağlı ya da otozomal olup olmadığı belirlenebilir.

27

1.2.2 İnsanlarda tanı

28

Diğer teknikler

Enzim aktivitesi analizi

Elektroforetik alanda protein hareketliliği

Protein ve DNA’nın doğrudan analizi

Genomik

Ters genetik

1.2.2 İnsanlarda tanı

2. Kromozom Mutasyonları: Kromozom sayısı ve Düzenindeki değişiklikler

2.1 Kromozom sayısındaki değişiklikler özel bir terminoloji ile ifade edilir.2.2 Kromozom sayısındaki değişiklikler, kromozomların ayrılmamaları sonucunda ortaya çıkar.2.3 Bir kromozom eksikliği ağır fenotipik etkilere yol açabilir.2.4 Trizomi diploid genoma bir kromozom ilavesidir.2.5 İkiden fazla haploid kromozom takımının bulunduğu poliploidi bitkilerde çok sık görülür.2.6 Kromozomların yapısında ve düzende çeşitlilik görülür.2.7 Silinme bir kromozomun kayıp bölgesidir.2.8 Kopyalanma genetik materyalin tekrarlanan kısmıdır.2.9 Ters dönme doğrusal gen dizilimini yeniden düzenler. 2.10 Yer değiştirme kromozom parçalarının genomda yer değiştirmesine yol açar.

Mayoz esnasında kromozomlar düzgün bir şekilde birbirlerinden ayrılmazsa, gametlerde ve bu gametlerden oluşan yavru bireylerde kromozom miktarı farklılık gösterir.

Bitkiler genetik bilgi miktarındaki anormalliği çoğunlukla tolere eder ve özgül fenotipler gösteriler. Bu tip genetik değişimler bitkilerin evriminde önemli bir faktör olmuştur.

Hayvanlarda, genetik bilgi hassas bir denge içindedir, bu nedenle normalde diploid olan bir organizmada komozomuntamamının ya da bir kısmının kazancı veya kaybı çoğunlukla ölüme ya da anormal fenotipe yol açar.

2. Kromozom Mutasyonları: Kromozom sayısı ve Düzenindeki değişiklikler - KAVRAMLAR

Kromozomal mutasyonlar ya da kromozomal bozukluklar

Diploid canlılarda 2 set haploid kromozom bulunur. Ancak bazı durumlarda farklılıklar olabilir.

1-kromozom sayısında değişiklikler2-gen ya da kromozom parçasında silinmeler, eklenme ve kopyalanmalar3-aynı kromozom içinde ya da kromozomlar arasında DNA’nın yeniden düzenlenmesi şeklindeki değişiklikler

2. Kromozom Mutasyonları: Kromozom sayısı ve Düzenindeki değişiklikler - KAVRAMLAR

2.1 Kromozom sayısındaki değişiklikler özel

bir terminoloji ile ifade edilir.

Anöploidi:Organizma tam bir kromozom takımı değil, bir ya da birden fazla kromozom kazanır ya da kaybeder.

Öploidi:Organizma tam bir kromozom takımı kazanır ya da kaybeder.

2.2 Kromozom sayısındaki değişiklikler, ayrılmama sonucunda ortaya çıkar.

2.3 Bir kromozom eksikliği ağır fenotipik

etkilere yol açabilir

Bir kromozom eksikliği 2n-1 olarak gösterilir ve monozomi olarak adlandırılır.

Turner 45,X bir tip eşey kromozomundaki monozomidir, • insanda otozomlardaki monozomi

tolere edilemez.

Drosophila’da 4. kromozom Haplo IV olarak bilinen monozomi.

Mısırda, çuha çiçeği Oenothera, boru çiçeği-Datura ve bir çok bitkide otozomal monozomi görülür.

2.3.1 İnsanda kısmi monozomi-Cri-du-Chat

“Kedi miyavlaması”

1963 yılında

rapor edilmiş

46, -5p

Görülme sıklığı

1/50,000

2.4 Trizomi diploid genoma bir

kromozom ilavesidir.

Drosophila ve insanda X kromozomu fazlalığı3X/2A-2X/2A 46,XX ve 46,XY ye karşı 47,XXY -47,XYY – 47,XXX gibi durumlarda her zaman fazla kromozoma sahip olanların yaşama şansı daha azdır.

Bitkilerde ise durum farklıdır. Kromozom fazlalıkları tolere edilebilir.

Kromozom

3 kopyası

sinaps yapar

bu duruma

trivalent

denir

2.4 Trizomi diploid genoma bir

kromozom ilavesidir – Down sendromu

Görünüşleri çok benzer: gözlerin köşesindeki katlanma, tipik düz yüz ve yuvarlak baş, boylarıkısadır.

Fiziksel, psikomotor ve zihinsel gelişimleri geri kalmıştır ve kasları zayıftır.

Genelde yaşamları kısadır.

Down sendromlu çocuklar solunum yolu hastalıklarına ve kalp bozukluklarına yatkındır.

Kromozom analizleri, ilave kromozomun anneden veya babadan gelebileceğini göstermekle birlikte, kaynağı %95 oranındayumurtadır.

• Dişilerde bütün yumurtalarda mayoz, fetal gelişim sırasında başlatılır ve doğumda Mayoz I’de durur

• Ergenlik çağında yumurtlama başladığında, her yumurtlama döngüsünde, bir yumurtada mayoz yeniden başlar

• Yumurtlamadan sonra bu işlem bir kez daha durdurulur ve döllenme gerçekleşene kadar tamamlanmaz.

• Bu gelişmenin sonucunda; bir sonraki yumurta, bir

öncekine göre mayoz I’de bir ay daha fazla süre geçirmektedir.

2.5 İkiden fazla haploid kromozom takımının

bulunduğu poliploidi bitkilerde çok sık görülür.

Haploid kromozom takımının ikiden fazla bulunduğu durum poliploididir.

Triploid 3n muz, elmaTetraploid 4n pamuk, tütün, fıstıkPentaploid 5n, gibiBuğday 6n hekzaploidŞekerkamışı, çilek 8n oktoploid

Otopoliploidi - tür içiAllopoliploidi - türler arası – Amfidiploid

2.5 İkiden fazla haploid kromozom takımının

bulunduğu poliploidi bitkilerde çok sık görülür.

Amfidiploid oluşumu

Amfidiploid bitkiler,

her iki bitkinin

özelliklerini de

gösterir

Triticale çeşiti

(allooktaploid)

(8n)

Çavdar + Buğday

(2n) (6n)

2.6 Kromozomların yapısında ve düzende çeşitlilik görülür.

silinmesi kopyalanması ters dönmesi

yer değiştirmesi yer değiştirmesi

Homolog olmayan

kromozomlar

Homolog olmayan

kromozomlar

2.6.1 Silinme bir kromozomun kayıp

bölgesidir.

Uç silinmenin kökeni

ara silinmenin kökeni

Silinmiş kromozom

2.6.2 Kopyalanma genetik materyalin tekrarlanan

kısmıdır.

Genetik materyalin herhangi bir kısmı-bir lokus ya da kromozomun büyük bir parçası-genomda birden fazla sayıda bulunursa buna kopyalanma (duplikasyon)denir.

Mayozda sinaps yapan kromozomlar arasıda dengesiz (eşit olmayan) parça değişimisonucu meydana gelir.

parça değişimi

2.6.2 Kopyalanma genetik materyalin tekrarlanan

kısmıdır.

Ribozomal RNA genleri: Organizmalar tipik olarak rRNAgenlerinin bir çok kopyasını bulundurur. Bu DNA’ya rDNA adı verilir.

E. coli 5-10 kopya Drosophila melanogaster 130 kopya Yumurta hücrelerinde rRNA genleri çok fazla sayıdadır.

Bir gen, kopyalanırsa, bu fazladan kopyadaki değişiklikler nesiller boyunca tolore edilebilir.

Uzun evrim süreci içerisinde kopya olan gen, hücrede başka bir işlev gören gen ürünü oluşturacak kadar yeterli değişikliğe uğrayabilir.

Bu özel genetik bilgiye sahip yeni işlev, organizmaya çevreye daha iyi ‘uyum’ özelliği kazandıracak bir avantaj sağlayabilir.

DNA dizileri önemli oranda birbirine benzeyen, ancak ürünleri farklı olan genlerin bulunması bu teoriyi desteklemektedir.

Gen aileleri: Ürünleri aynı genel işlevi gören bölgesel gen gruplarıdır. Hemoglobin-globin zincirleri

2.6.2

Kopyalanmanın

evrimdeki rolü

3.6.3 Ters çevrilme doğrusal gen dizilimini yeniden

düzenler.

Kromozomda bir parçanın 180 derece dönüş yapmasıyla oluşur

Genetik bilgi kaybı yoktur, sadece doğrusal gen sırası yeniden düzenlenmiştir.

3.6.3 Gamet Oluşumunda ters çevrilme

iki sentromerli kromatit bölünme sırasında çoğu zaman bir noktadan kırılır. Çünkü iki kutuba doğru çekilir Kırık kromatit taşıyan gametlerde

bozuk ve yetersiz genetik madde bulunmaktadır.

sentromeri olmayan kromozom, bölünme sırasında kaybedilebilir

48

Disentrik; kopyalanma

ve silinme

Asentrik; kopyalanma

ve silinmeNCO: noncross-over – parça değişimi yok

SCO: single cross-over – tek parça değişimi

Gamet oluşumu sırasında ters çevrilmeler sinaps oluşumunu engeller.

Mayozda bu kromozomlar arasında eşleşme ancak ters çevrilme halkası ile mümkündür.

3.6.3 Ters çevrilmenin sonuçları.

Gametlerin %50’si etkisiz olacaktır.

Dolayısıyla canlı zigot oluşumu önemli miktarda azalacaktır.

Ters çevrilme, parça değişimini baskılıyormuş gibi bir durum oluşur

Canlı gametlerin yarısı ters dönmüş kromozom taşıyacaktır ve tür içinde devam edecektir.

Genin ters çevrilmesi sonucu ifadesi değişiyorsa, fenotipte de değişiklik olabilir.

Böyle bir değişikliğe pozisyon etkisi denir.

Yer değiştirme (translokasyon), bir kromozom parçasının genomda yeni bir bölgeye taşınmasıdır.

Karşılıklı yer değiştirmede homolog olmayan iki kromozomun parçaları karşılıklı olarak değiştirilir.

Genetik bilgi kaybedilmez ya da kazanılmaz, sadece yeniden düzenlenir.

Dolayısıyla yer değiştirme, onu taşıyan bireylerin yaşayabilirliğini doğrudan etkilemez.

50

3.6.4 Yer değiştirme

51

Bazı genler diğer genlere göre yeni bir sıralamadadizilebilir.

Karşılıklı yer değiştirmeyi heterezigot olarak taşıyanhomolog kromozomlar mayozda uygunsuz sinaps yapısıoluştururlar

3.6.4 Yer değiştirme

52

ayrılma

3.6.4 Yer değiştirme

Mayozdaki bu dizilim, genetik olarak dengesiz gametlerin oluşumuna yolaçar.

Yukarıdaki olasılıkta tüm genetik bilgi dengeli bir biçimde yer almaktadır.

Aşağıdaki olasılıkta oluşan dengesiz gametler döllenmede yer aldıklarında yavrular genellikle yaşamazlar

53

Karşılıklı yer değiştirmeyi heterezigot olarak taşıyanbireylere ait yavruların %50 gibi bir bölümü hayatta kalabilir.

Yarı kısırlık olarak adlandırılan bu durum, organizmaların üreme uyumu üzerinde etkili olup evrimsel bir role sahiptir.

Dahası, bu tür bir dengesizlik durumu insanlarda kısmi monozomi ve trizomiler oluşturarak çeşitli doğum hatalarına neden olmaktadır.

3.6.4 Yer değiştirme