GEN SUSTURMA Prof. Dr. Salih Kuk Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Parazitoloji Anabilim Dalı

GEN SUSTURMA

Prof. Dr. Salih KukErciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Parazitoloji Anabilim Dalı

Gen Susturma Sunu Akışı

• Tanımı, Gen Susturma nedir?

• Tarihçe

• Önemi

• Genetik, Epigenetik

Gene Silencing

• Gen susturma

• Gen sessizleştirme

• Gen baskılama

Gene ve Protein

Transkripsiyon;DNA'dan RNA'ya genetik bilginin aktarımıdır

Gene ve Protein

TranslasyonmRNA’lardaki koda uygun polipeptit sentezi

Gen ifadesinin düzenleme basamakları

• Kromatin bölgeleri• Transkripsiyon• Transkripsiyon sonrası değişimler• RNA taşınımı• Translasyon• mRNA bozulumu• Translasyon sonrası değişimler

Gen ve Protein

Genler;

transkripsiyonel

ve

post-transkripsiyonel

olarak düzenlenir

Gen Susturma Nedir?

Gen regülasyonun epigenetik düzeyde

düzenlenmesi

Tarihçe

• DNA,

• Gen, Gen ekspresyonu,

• Genetik,

• Nobel Ödülleri

Tarihçe

1962 Nobel Ödülü• Çift zincirli DNA• James Watson, Francis Crick, ve Maurice

Wilkins

Tarihçe

1965 Nobel Ödülü• Genin mRNA’ya transkripsiyonu• Francois Jacob ve Jasques Monod

Tarihçe

1968 Nobel Ödülü• 20 amino asit için üçlü kod• Marshall Nirenberg ve Hargobind Khorana

Tarihçe

1993 Nobel Ödülü• Uzun RNA molekülleri• Philip Sharp ve Richard Roberts – 1977

Tarihçe

1989 Nobel Ödülü• RNA’nın katalizör rolü• Sidney Altman ve Thomas Cech

Tarihçe

2006 Nobel Kimya Ödülü• Ökaryotik transkripsiyon mekanizması• Roger Kornberg

Tarihçe

2006 Tıp ve Fizyoloji Nobel Ödülü• RNA interferens• Andrew Fire ve Craig C. Mello -1998

Gene Susturmanın Keşfi

• Wingard• Tütün bitkisindeki bir infeksiyonu • “Journal of Agriculture Research” -1928

• Üst yapraklarında gözlenen infeksiyonun alt yapraklara direnç kazandırdığını söylemiş

• Bu durumun ancak bu infekte yapraklardan aşağıya bilgi aktaran bir madde sayesinde olabileceği

Wingard SA. Hosts and symptoms of ring spot, a virus disease of plants. J Agric Res 1928; 37:127.

Gene Susturmanın Keşfi

• Bitkilerdeki bazı renk pigmentlerinin ifadesinde gözlenen bu olgu Transpozon adı verilen bazı hareketli genetik elemanların hem kendilerini hem de homolog kromozom odağını susturma

• Mantarlarda da gözlenen bu durum • Kalıp DNA’dan üretilen mRNA ürününün

baskılanması

Bitkilerde Gen Susturma Çalışmaları

• Jorgensen ve arkadaşları • Amaç; Chalcone syntase (chs)’ın ekspresyonundan

sorumlu olan bir genin aktivitesini düzenleyerek daha mor petunyalar elde etmek

• Sonuç: Alacalı pigmentasyon ile daha beyaz petunyaların elde edildi

• Napoli C., Lemieux C., Jorgensen R., Introduction of A Chimeric Chalcone Synthase Gene Into Petunia Result in Supression of homologous Revesible Co-supression of Homologous Genes in Trans, The Plant Cell, 1990; 2, 279-289.

Bitkilerde Gen Susturma Çalışmaları

• Sitozolik chs mRNA’sının transkripsiyonunun azalması ile ilgili olmadığını

• Nukleusda transkripsiyonun devam ediyor

Transkripsiyon sonrası RNA parçalanmasını ifade eden

transkripsiyon sonrası gen baskılama (post-transcriptional gene silencing, PTGS) olarak

tanımlanmıştır

Bitkilerde Gen Susturma Çalışmaları

• Jorgensen ve ark., co-supresyon• Petunyaya aktarılan transgenin sadece kendi

kendisini değil aynı zamanda her nasılsa endojenik chs geninin ekspresyonunu da etkileyen bu olay sonrası hem endojenik ve hem de transgenik mRNA’nın kaybını tanımlamak için

• Sonraki çalışmalar;Transgenin ekspresyonunun, çift zincirli RNA (dsRNA) oluşumuna yol açtığını ve böylece PTGS’yi /cosupresyon’ u başlatmakta

Bitkilerde Gen Susturma Çalışmaları

• Bitkilerde ekzojen kaynaklı dsRNA’lar gen baskılamanın potansiyel indükleyicileridirler.

• Bu mekanizmanın biyolojik fonksiyonunun bitkilerin hedef viral RNA’nın parçalanmasını gerçekleştirerek RNA tarafından infeksiyona karşı verdikleri bir cevap

Transkripsiyon sonrası gen baskılama (post-transcriptional gene silencing, PTGS)/co-supresyon ya da

viral-indükleyici gen baskılama (viral-induced gene silencing, VIGS)

olarak tanımlanmaktadır

Mantarlarda Gen Susturma

• Quelling• Fungal sistemde bağımsız olarak homolojiye

göre gen baskılama fenomeni gözlenmiştir. • Neurospora crassa ,turuncu renkli

pigmentasyonunu sağlayan karotenoidlerin biyosentezi için gerekli albino1 (al1) geninin ekpresyonunu desteklemeye çalışma sırasında

Mantarlarda Gen Susturma• Quelling• Yabanil tip al1+ geni içeren N. crassa soyuna al1 geni

içeren bir plazmid aktarılmıştır. • Birkaç transformant sabit olarak baskılanmıştır ve albino

fenotipler gözlenmiştir.• al1 baskılanmış soylarda, eklenmiş al1 mRNA düzeyi

yabanil tip soyunkine benzerken doğal al1 mRNA’nın yüksek derecede azalmış transkripsiyon oranının homoloji bağlı durumda olgun mRNA düzeyini etkilemesi ile ilgili değil quelling ile ilgili olduğu gösterilmiştir

Antisens/sens yaklaşımı

• Oligonükleotid kullanımı ile gen ürünlerinin düzenlenmesi fikri ilk olarak antisens/sens yaklaşımı ile başlamıştır

• Antisens oligonükleotidler 15-25 baz lık yapay DNA zincirleri, hedef DNA Watson-Crick baz eşleşmesi kurallarına göre bağlanmak üzere tasarlanmışlardır

• Gen işlevi aydınlatılmış

RNA interferens

• Bitki ve mantar çalışmaları sonrası RNAi

• 1995- Guo ve Kempheus,-C.elegans’da gen ekspresyonunu baskılamak için sense RNA’nın da antisense RNA kadar etkili olduğunu tespit etmişlerdir

• RNAi’nin keşfedilmesi ile ilgili en büyük bilimsel hamle olan Fire, Mello ve arkadaşlarının Nobel ödüllü çalışmalarına öncülük etti

RNA interferens

• 1998- Fire , Mello; sense ve antisense RNA’nın sinerjisini test etmek için:

• C. elegans’a bir kas proteinini kodlayan genin belli bir segmentine ait dsRNA enjekte edildi

• dsRNA karışımı, gen ekspresyonunu baskılamada 10 kat fazla/sense ve antisense RNA’ların tek başına

RNA interferens fenomeni

• Protozoa, • Nematod, • Artropodlarda• Meyve sineği, • Bitki, insan ve fareleri de içeren hemen hemen

bütün ökaryotlarda

RNA interferens

• C. elegans’da gözlenen RNA interferens

• Bitkilerde transkripsiyon sonrası gen baskılama (PTGS)

• Mantarlarda “Quelling”• Antisense RNA ile gen baskılama

RNA interferens

• RNAi, Science dergisi tarafından 2001’de “yılın molekülü”

• “2002 yılının en önemli bilimsel hamlesi” seçilmiştir.

RNA interferens (RNAi)

• Gen ifadesinin düzenlenmesinde etkili bir mekanizmadır

• “small interfering RNA (siRNA)” ve mikro RNA(miRNA)

• Küçük, • Protein kodlamayan ,• Gen ifadesinin negatif düzenleyicisi

Kodlamayan RNA’lar (non coding RNA)

• Gelişim, • Farklılaşma, • Hücre çoğalması ve • Apopitoz gibi önemli biyolojik süreçlerin

düzenlenmesinde rol alır.

Kodlamayan RNA’lar

siRNA miRNA

Ekzojen veya endojen kökenli

Endojen kökenlidir

mRNA’ya yüksek özgüllükte bağlanır

Bağlanma özgüllüğü daha az

Gen Susturmanın Önemi• RNA interferens doğal bir işlem• İn vitro siRNA kullanımıyla endojenik genlerin

ekspresyonunu baskılanabilir

• Fonksiyonel genomik araştırmalar

• İnsan ve diğer genom çalışmaları• RNAi diğer tekniklere göre daha hızlı ve ucuz bir metod

olarak fonksiyonel genomik araştırmalarında çok ideal bir teknik

Gen Susturmanın Önemi

• Gen terapisinde önemlidir• Bir hastalık normal bir proteinin fazla miktarda

ekspresyonundan ya da mutant bir proteinin ekspresyonundan kaynaklanıyorsa

Gen Susturmanın Önemi

• Kanser tanı ve tedavisinde önemlidir• Onkogenler ve viral infeksiyonlarda

• Kanser hücrelerindeki hücre döngüsü için önemli olan genlerin ve/veya anti-apoptotik genlerin ekspresyonlarını baskılayarak kanserin tedavisinde ve tanısında

Gen Susturmanın Önemi

• Pek çok hastalığın etyopatogenezinde miRNA’larla ilgili işlev bozukluklarının yer aldığı gösterilmiştir.

• miRNA’ların kanserli dokudaki ifade düzeylerinin ölçülmesiyle kanser prognozu ile ilgili bilgi sağlanabilmektedir

• miRNA’lar bu şekilde tümör belirteci olarak kullanılabilmektedir.

Gen Susturmanın Önemi

• Viral hastalıklar– HIV/AIDS, hepatit, SARS, influenza, insan papillomavirus

infeksiyonu gibi

• Nörodejeneratif hastalıklar – Parkinson ve Alzheimer gibi

• Metabolik hastalıklar, – Diyabet ve obezite gibi

• Romatizmal hastalıklar– Romatoid artrit

Gen Susturmanın Önemi

• Parazit

• Parazit hastalıklarında

Genetik

Genetik HER ŞEY, Her şeyin üstesinden gelir

Genetik

Genetik bir şey

Fakat her şey değil

Epigenetik

• Bitkisel ürünler• Et ve et ürünleri

• Müzik

• Mikro organizmalar, makroarganizmalar• Parazitler

SONUÇ

• Yapmış olmak• Hobi• Ülke kaynakları

• Biz ne yapıyoruz.

TEŞEKKÜRLERhttp//parazitoloji.erciyes.edu.tr

Twitter: @eruparazitoloji