MUTASYON ve MUTAJENLER

MUTASYON ve MUTAJENLER

Doç. Dr. Öztürk ÖZDEMİR

Ocak 2006

DNA Histon proteinleri etrafında döner

• Bu yapı Nucleozomdur

• Histonlar H1, H2A, H2B, H3, H4 X2

DNA daha da paketlenir

Slide2 of 23

Ge

netics home page

http://jon.visick.faculty.noctrl.edu/260/slides/lec22/Slide1.htm




http://jon.visick.faculty.noctrl.edu/260/index.htm

http://jon.visick.faculty.noctrl.edu/260/index.htm

Mutasyon: Genomik yapıda (DNA ya da RNA) meydana gelen değişikliklerin tümüne denir

MUTASYON

1-Meydana geliş biçimi, tipi ve etiyolojisinde yatan etkenler2-Meydana geldiği doku – hücre tipi

3-Meydana geldiği hücre – doku evresi4- Meydana geldiği DNA dizileri – gen bölgesi

5- Büyüklüğü 6- Fenotipte rol alıp alamayacağı açısından değerlendirilmelidir.

MUTASYONLAR

I- Fenotipteki etkilerine göre

II- Büyüklüklerine göre

III- Meydana geliş biçimlerine göre

IV- Genom-gen üzerindeki etkilerine göre ilk aşamada gruplandırılır.

I-Fenotipik etkilerine göre

1. Patojenik- patolojik mutasyonlar

2. Non-patojenik- patolojik olmayan mutasyonlar- silent mutasyonlar

- resessif mutasyonlar

-non-genomik bölge mutasyonları

II-Büyüklüklerine göre mutasyonlar

A. Mikroskopik (makro mutasyonlar) -2000 kb ve daha büyük

B. Submikroskopik (mikro mutasyonlar) - Bir tek baz yada

- mikroskop düzeyinde değerlendirilmeyecek kadar küçük bant ya da subbant düzeyinde olamayan mutasyonlar

A-Mikroskopik mutasyonlar

Işık ya da elektron mikroskoplarla kolaylıkla ve kromozom düzeyinde saptanabilen: total kromozom, kromozom kolu, bant, subbant düzeyinde DNA bölgesini ilgilendiren 2000 kb büyüklüğündeki mutasyonlara denir (Makromutasyonlar).

A- Mikroskopik mutasyonlarKromozomal Mutasyonlar, iki temel grupta toplanır;

1. Sayısal Kromozom Anomalileri:1.a, Euploidi : Haploid yapının katları şeklindeki kromozom artışları - Monoploidi : n sayıda kromozom, insanda bu değer 23 tür

- Diploidi : 2n- Triploidi : 3n- Tetraploidi : 4n- Pentaploidi : 5n ( insanda 115 kromozom durumu)

1.b, Aneuploidi : Haploid yapının katları şeklinde olmayan kromozom artışları (Hiperaneuploidi, n yada 2n+1) yada azalışları (hipoaneuploidi, n yada 2n-1)Örneğin: Down sendromu 47,XX+21

Klinefelter sendromu 47, XXY Trizomi 13 sendromu 47, XX+13 Turner sendromu 45, X

2- Yapısal Kromozom Anomalileri2.1 Translokasyon;

-Birden fazla kromozomlararası parça alışverişi-Kromozomlar homolog ya da non-homolog olabilir-Transloke olunan parça kromozomun kısa ya da uzun kolu düzeyinde olabileceği gibi bant, subbant düzeyinde de olabilir.

2.1.1. Resiprokal translokasyon (Robertsonian)2.1.2. Non-resiprokal translokasyon 2.1.3. Sentrik füzyon translokasyon

2.2 Delesyon;- Birden fazla kromozomda meydana gelebilir- Kromozomdan bir ya da birden fazla gen bölgesinin kaybına denir- Kromozomda en az iki kırılma bölgesinin olması gerekir

2.3. İnsersiyon;Herhangi bir kromozomun farklı bölgelerine başka bir kromozoma ait bant ya da subbant düzeyinde bir kısmının katılmasıdır.

2.4. İnversiyon;- Perisentrik :sentromeri içeriyorsa- Parasentrik: sentromeri içermiyorsa

2.5. Dublikasyon;

2.6. İzokromozom;Tam metasentrik yapıda kromozom

2.7. Ring kromozom

2.8. Gap (aralık)

2.9. Frajil bölge yapısı ; FraXq 27-28 – Martin Bell sendromu. İnsanda en yaygın frajil bölge mutasyonu gösteren kromozomlar ; 2q13,6p23,9p23, 12q13 ve 20p11 dir.

B- Submikroskopik mutasyonlar

Mikroskopla varlığı saptanamayan, bir tek baz (A;G;C ya da T olabilir) ya da 200 kb büyüklüğünde olan mutasyonlara denir (Mikromutasyonlar ya da nokta mutasyonlar).

I- Baz düzeyinde Meydana Gelen Mutasyonlar

1.Transisyon ; Pürin – Pürin ya da Primidin –Primidin

2.Transversiyon ; Pürin – Primidin ya da Primidin –Pürin

3. İnsersiyon

4. Delesyon

5. Frame –Shift (çerçeve kayması)

6. Silen (Sessiz) mutasyon: DNA üçlü (triplet) kodonunda bir nokta mutasyona rağmen kodondan sentezlenen aminoasitde değişikliğe neden olmuyorsa denir.Ör: TTA TTG (Transisyonel silent mutasyon) lösin lösin

7. Missens (Kayıp) Mutasyon: DNA üçlü (triplet) kodonunda bir nokta mutasyon sonrasında kodondan sentezlenen aminoasitde değişikliğe neden oluyorsa denir. Ör: GCA GAA (Transversiyonel missens mutasyon) alanin glutamik asit

8. Nonsens Mutasyon: Üçlü (triplet) kodonda meydana gelen bir nokta mutasyon sonrasında kodon STOP kodona neden oluyorsa denir. Ör: TTA TGA (Transversiyonel missens mutasyon) alanin STOP

II-Gen Düzeyinde Meydana Gelen Mutasyonlar

1-Regülatör (düzenleyici) gen alt birimi mutasyonları2- Promotor (idame ettirici) gen alt birimi mutasyonları3- Yapısal gen alt birimi mutasyonları4- Operatör gel alt birimi mutasyonları5- Toplam gen delesyonları6- Enhancer bölge mutasyonları7- Silencer bölge mutasyonları

Frame-shift Mutasyon

1 4 7 10 13 16 19

ATG GGA GCT CTA TTA ACC TAA

met gly ala leu leu thr stop

ATG GGG AGC TCT ATT AAC CTA ATT TGA

met gly ser ser ile asn leu ile stop

Mis-sens Mutasyon(Transversiyonel-mis-sens nokta mutasyon)

1 4 7 10 13 16 19



ATG GGA GCT CTA TTT ACC TAA

met gly ala leu phe thr stop

Non-sens / tRNA supressör Mutasyon

(Transversiyonel-non-sens nokta mutasyon) ATG GGA GCT CTA TTA ACC TAA


Non-sens

ATG GGA GCT CTA TGA ACC TAA

met gly ala leu Stop

tRNA supressör

ATG GGA GCT CTA TGA ACC TAA

met gly ala leu trp thr stop

Revers Mutasyon(Ters- birinci revers - mutasyon)

1 4 7 10 13 16 19



2.mutasyon



Revers Mutasyon(İkinci bölge - second side - revers mutasyon)

1 4 7 10 13 16 19



2.mutasyon

ATG GGA GCT CTA CTT ACC TAA


GEN DÜZEYİNDE GÖRÜLEN MUTASYONLARIN PATOJENİTE DÜZEYLERİ

Mutasyonun Gen fonksiyonu gendeki yerleşimi üzerindeki etkisi YorumMultigen delesyonu GEOK Bileşik gen sendromlarıToplam gen delesyonu GEOK Ağır klinik tabloToplam ekson kaybı GEOK Unstabil protein senteziEkson içi delesyonu GEOK Prematür stop kodon oluşumuToplam intron kaybı yok __Splice bölge mutasyonu GEOK yada ekspresyonda azalma Modifiye protein sentezi

Promotor bölge mutasyonu “ Promotor bölgenin toplam mutasyonu gen fonksiyonunu tamamen ortadan

kaldırır

Stop kodon mutasyonu Modifikasyon Modifiye protein sentezi

PoliA sinyal bölge mutasyonu GEOK -toplam delesyon non-fonksiyonel gene neden olur -kısmi delesyon yada insersiyon protein

ekspresyonunu değiştirir

NOKTA MUTSYONU ORANLARI

• Mutasyon Tipi Sayı %Büyük delesyonlar 1992 9

Kompleks rearrengements 226 1

Büyük İnsersiyonlar ve dublikasyonlar 130 0.6

Rpeat extepentions 30 0.01

Küçük insersiyon ve delesyonlar 148 0.7

Küçük insersiyonlar 1329 6

Küçük delesyonlar 3662 16

NOKTA MUTSYONU ORANLARI

• Mutasyon Tipi Sayı %Regülatör bölge/tek baz 169 0.6

Splisiyonel/tek baz 2203 9

Nonsens 2642 11

Missens 10490 46

Silent nadir 0.08

Frame-Shift nadir 0.01

III- MEYDANA GELİŞ MEKANİZMALARINA GÖRE MUTASYONLAR

1- Spontan – sporadik

2- Kromozomlararası yeni düzenlemelerle meydana (rearrangement) gelen de novo

3- Kalıtsal (ailesel) Mutasyonlar

4- İndüklenmiş Mutasyonlar (Akciğer kanserleri + polisiklikhidrokarbonlar)

ORGANİZMA DÜZEYİNDE ETKİLİ MUTASYONLAR

Organizmada meydana gelebilecek herhangi bir mutasyon, fonksiyonel bir proteinin sentezini ilgilendiriyor ve organizma söz konusu mutant proteinin farklı sentezlenmesi yada sentezlenmemesini tolere edemiyor ve bu durum organizmanın ölümü ile sonuçlanıyorsa bu mutasyonlara “LETAL” mutasyonlar adı verilir.

Letal Mutasyonlar;1- Oksotrofik (Auxotrophic) Mutasyonlar:Mutasyon temel bir aa gibi esensiyel bir metabolitin biyosentezini ilgilendiriyor ve bu metabolitin yokluğunda hücre yaşamını sürdüremiyorsa denir. Bu mutasyonlarda, ilgili metabolit dışarıdan verilirse mutasyon etkisi ortadan kaldırılır ve organizma yaşamına devam eder.2- Protrofik Mutasyonlar: Dışarıdan ilgili metabolit temin edilse dahi mutajenik etkisi ortadan kaldırılamayan letal mutasyonlara denir. 3- Regülatör (düzenleyici) Mutasyonlar4- Revers (ters) Mutasyonlar

4.1- Geri

4.2- İkinci revers 4.3- Amber (Supressör tRNA)

MUTAJENLERI- Fiziksel Mutajenler

a- Isı

b-pH

c- Işınlar

1-İyonize ışınlar (X ve gamma)

2-Non-iyonize (UV, 260 nm dalga boyu ışınlar)

3-Mor ötesi ışınlar

II-Kimyasal Mutajenler

a- Baz Analogları (5-Bromodeoksiuridin-BrdU, 6-thioguanin, 2-aminopürinler en yaygınları)

b- Deaminasyon yapan ajanlar: DNA yapısında amino gruplarının kaybına neden olan ajanlar (Nitröz asidi, hidroksil aminler)

c- Alkilleyici ajanlar: DNA yapısına alkil grubu takan ajanlar ( Kükürt, Nitrojen mustard, Etilenoksitler)

MUTAJENLER

d- İnterkalasyon yapan ajanlar :Acridinlerin hepsi bu özelliktedir (Proflawin, acrilflavin ve acridin orange

e- Demetilasyon yapan ajanlar: DNA’nın hipo yada demetilasyonuna neden olan ajanlar (5-azacytidine, 5aza-2-deoxycytidine)

f- Çeşitli insersiyonlara neden olan ajanlar ( Bu grup ajanlar DNA replikasyonu esnasında-süresince pürin ve primidin bazları yerine DNA yapısına katılan çoğunlukla frame-shift mutasyonlara neden olan ajanlardır.(ethidium bromide-EtBr).

ANTİ MUTASYON MEKANİZMALAR

Ökaryotik hücreler kendileri için zararlı, “LETAL” etki-etkilere sahip mutasyonlara - mutajenlere iki mekanizmayla yanıt verirler.

I-Mutasyon önleyici mekanizmalar

a- Genomda Junk DNA’nın tutulumu (%98)

b- Mutajenlere karşı detoksifikasyon mekanizması

c- DNA’nın hücre içi organellerle sınırlandırılması

II-Mutasyon giderici mekanizmalar

a-Revers mutasyonlar

b-Supressör tRNA mutasyonu

c-DNA Repair (DNA tamiri)

d- Silent mutasyon mekanizması

e- Resessif allel sistemi

f- Glioksilaz ile eksizyonel tamir

mCpG Mutasyonu

1. Deaminasyon

CpG UpG CpG (+)

(Glioksilaz aracılı eksizyonel tamir)

2. Deaminasyon mCpG TpG (tamir yok, hot stop mutasyon)

(-)

(Glioksilaz aracılı eksizyonel tamir)

C : Sitozin

mC : Metil sitozin, episitozin yada 5mC

DNA REPAIR DNA da mutasyon meydana geldikten sonra onu ortadan kaldırmakla yükümlü

işlemlerin tümüne DNA repair – DNA tamiri adını alır.Mutasyona uğramış bir DNA molekülü birkaç yolla tamir edilir;

I-Direkt Tamir: FOTOREAKTİVASYON - Özellikle DNA yapısında en yaygın meydana gel “timin dimer” mutasyonunun giderildiği tamir mekanizmasıdır. Görünür ışın (güneş ışını) aracılığıyla başarılır.

______________________________

A T G A C A A G

ıı ıı ıı ıı ııı ııı Görünür ışın (güneş)

T A C T G T = T C

Mutant DNA zinciri(Timin dimeri)

Fotoreaktivasyon (aktif DNA fotoliaz inaktif DNA fatoliaz)

_______________________________

A T G A C A A G

ıı ıı ıı ıı ııı ıı ıı ııı Tamir edilmiş DNA zinciri

T A C T G T T C

Şekil 1. Direkt DNA tamir mekanizmasıyla (fotoreaktivasyon) Timin dimerlerinin tamir edilmesi

II- Eksizyonel tamir: DNA replikasyonunda yanlış eşleşmeler sonunda meydana gelen bazların bir eksonükleaz aktivite ile koparılıp tekrar DNA polimeraz I'in 5'3' polimerizasyon aktivitesiyle doğru bazın eklenmesi esasından ibarettir. Reaksiyonun son basamağında DNA ligaz görev yapacaktır. Ayrıca DNA yanlış eşleşmelerinin tamiri de (mis-match repair) bu grup içerisinde değerlendirilir. İnsanda DNA tamir mekanizmasının bozulduğu, görev yapmadığı durumlarda ortaya çıkan iki yaygın kalıtsal hastalık bilinmektedir. Ekzisyonel tamir üç basamakta başarılır:

a- DNA polimeraz I’in yeni replike DNAyı taraması

b- Yanlış bazı tanıyıp DNA yı o noktada kırmsı (ekzonükleaz aktivite)

c- Doğru bazın transferi(polimeraz aktivite) ve DNA ligaz aktivitesi

III- Post-transkripsiyonel tamir: DNA glioksilaz enzimi tarafından yapılan transkripsiyon sonrası tamir mekanizmasıdır. Modifikasyonel mutasyonlar dahil bütün mutasyonlar bu aşamada giderilir.

Hastalık Etkili genin lokalizasyonu Klinik tablo

1. Ataxia telangiectasia 11q 22-23 lenfoma

2. Xeroderma pigmentosum ERCC 3, 2q21 deri kanseri

ERCC 5, 13q 22-34

Tablo I. DNA tamir mekanizmasının bozulmasına bağlı insanda meydana gelen genetik hastalıklar

MUTATIONSMUTATIONSMUTATIONSMUTATIONS

DNADNADNADNA

RNARNARNARNA

Normal Normal PHENOTYPEPHENOTYPE(wild-type)(wild-type)


Correct PROTEINCorrect PROTEIN( functional enzyme)


Mutant DNAMutant DNAMutant DNAMutant DNA

Altered RNAAltered RNAAltered RNAAltered RNA

Mutant Mutant PHENOTYPEPHENOTYPE


Defective PROTEINDefective PROTEIN(non-functional enzyme)


Wild-type strain (dominant allele)

Mutant strain (recessive allele)

MUTATIONSMUTATIONSMUTATIONSMUTATIONS

DNADNADNADNA

RNARNARNARNA





Mutant DNAMutant DNAMutant DNAMutant DNA

Altered RNAAltered RNAAltered RNAAltered RNA





Wild-type strain (dominant allele)

Mutant strain (recessive allele)

While this is a common scenario, there are many While this is a common scenario, there are many exceptions .e.g.:-exceptions .e.g.:-

• some mutants can be dominantsome mutants can be dominant

• some mutants produce functional proteins some mutants produce functional proteins

cause a gain of function, co-dominance etc.cause a gain of function, co-dominance etc.

While this is a common scenario, there are many While this is a common scenario, there are many exceptions .e.g.:-exceptions .e.g.:-

• some mutants can be dominantsome mutants can be dominant

• some mutants produce functional proteins some mutants produce functional proteins

cause a gain of function, co-dominance etc.cause a gain of function, co-dominance etc.

What are Mutations ?What are Mutations ?What are Mutations ?What are Mutations ?• Mutations are results of changes to the normal DNA

sequence for a gene

• Typical gene - a linear sequence of about 2000 base pairs

AGCCGTGCTGTCGAAAACGTTCAGACTCATTGGCAATCCGAAGTCGGCA

TCGGCACGACAGCTTTTGCAAGTCTGAGTAACCGTTAGGCTTCAGCCGT

AGCCGTGCTGTCGAAAACTTTCAGACTCATTGGCAATCCGAAGTCGGCA

TCGGCACGACAGCTTTTGAAAGTCTGAGTAACCGTTAGGCTTCAGCCGT

• A mutant allele could result from change in only one of them - knocking out the function of that gene

Some types of point mutationsSome types of point mutationsSome types of point mutationsSome types of point mutations

• A silentsilent mutation - no effect on phenotype

5’ AUG UUA UU5’ AUG UUA UUAA ACU AAG 3’ ACU AAG 3’((RNA)RNA)

met leu leu thr lys (protein)

AUG UUA UUAUG UUA UUGG ACU AAG ACU AAGmet leu leu thr lys

• A nonsensenonsense mutation -- will make shorter protein


met leu leu thr lys (protein)• A missensemissense mutation -- may cause defective protein

AUG UUA UUAUG UUA UUUU ACU AAG ACU AAGmet leu phe thr lys

Changes ‘sense’ of one amino-acid

AUG UUA UAUG UUA UGGA ACU A ACU AAGmet leu stop . .


AUG UUA UUAUG UUA UUUU ACU AAG ACU AAGmet leu phe thr lys

AUG UUA UUA ACU AAUG UUA UUA ACU AAGAGmet leu leu thr lysAUG UUA UUA ACU AAUG UUA UUA ACU AAGAGmet leu leu thr lys

• A base substitutionbase substitution mutation• A base substitutionbase substitution mutation

• An insertion or a deletion (frameshift)insertion or a deletion (frameshift)• An insertion or a deletion (frameshift)insertion or a deletion (frameshift)


met leu leu thr lys (protein)

UUstopAA G-- AA G--


AUG UUA UUA ACU AACAUG UUA UUA ACU AACmet leu leu thr asnmet leu leu thr asn

AUG AUG UUUU AUU AAC UAA CUU AUU AAC UAA Cmet met phe ile asn phe ile asn stop stop ......

Insertion of 1 base

AUG AUG UUUUU UAU UAA CUA ACU UAU UAA CUA ACmet met phe tyr phe tyr stop stop ...... ......

Insertion of 2 bases

AUG AUG UUAUUA UUA UUA ACU AACUUA UUA ACU AACmet met leuleu leu leu thr asn leu leu thr asn

Insertion of 3 bases

All amino acids now scrambled from this point on

All amino acids now scrambled from this point on

Amino acids now OK again


• Mutations can beMutations can be

– Silent - no change to protein– Missense - change one a.a. for another– Nonsense - cause premature stop signal– frameshift - cause scrambled sequence of a.a’s

• Mutations can be:-Mutations can be:-

– Substitutions - change one base for another– Insertions/Deletions - gain or loss of a base

resulting in frameshifts

Summary : types of mutationsSummary : types of mutationsSummary : types of mutationsSummary : types of mutations

• A substitution mutation can be…

– a transition transition A G C T• purine purine• pyrimidine pyrimidine

– a transversion transversion A T G C• purine pyrimidine

• Transversions are less likely because they result in a change in helix diameter

Base SubstitutionsBase SubstitutionsBase SubstitutionsBase Substitutions

An example: sickle-cell anaemiaAn example: sickle-cell anaemiaAn example: sickle-cell anaemiaAn example: sickle-cell anaemia

• DNA template DNA template strandstrand

-CTC- -CTC- -C -CAAC-C-

-GAG- -GAG- -G -GUUG- G-

-glu- -glu- - -valval-- (acidic) (aliphatic)(acidic) (aliphatic)

• mRNAmRNA

• amino acid #6 amino acid #6 in in chain of chain of hemoglobinhemoglobin

HHAA HHSS • AlleleAllele

Chromosomal mutationsChromosomal mutations• So far have been talking about point mutations -

changes to individual base pairs.

• However, other mutations can involve large scale changes to chromosomes– Deletions of large sections of a chromosome.– Duplications of large sections of a chromosome– Inversions (inverted sections of a chromosome).– Translocations (exchanges of sections of non-

homologous chromosomes)

• Transposons - bits of DNA that suddenly ‘jump’ to a new location - also knock out genes and cause mutation

SOMATİK HÜCRE KALITIMI(epigenetik kalıtım)

Doç.Dr.Öztürk ÖZDEMİR

“Aynı organizmaya ait hücrelerarası gen aksiyon farklılığını inceleyen

genetik alt dalı”

GENETİK DÜZENLEMEDE – SOMATİK KALITIM EVRELERİ

1- Yumurta hücresi düzeyinde düzenleme : Yumurta hücresinde bulunan anterioposterior gradiyent farkı fertilizisyon öncesi yumurta hücresinden meydana gelecek embriyonun anteriyor ve posteriyor kısmını verecek bölgeler öncelikle belirlenmektedir. Burada sadece yumurta hücresiyle sınırlı bazı regülatör-modülatör proteinler yumurta-polarity ve segmentasyondan sorumlu (25 adet tanımlanmıştır) genler görev almaktadırlar.

2. Zigot evresinde düzenleme : Bu evrede yine çoğu yumurtadan orijin alan ve döllenmeyi takiben aktive olan zigotik-effekt genler olarak bilinen; remodelling faktörler, integrinler, transkripsiyonel faktörler ve kromatin bağlayıcı özgül proteinler gibi düzenleyici moleküllerin görev aldıkları saptanmıştır. Bu genlerin görevi yumurta ve sperm çekirdeklerinin kaynaşmasını sağlamak ve hücre bölünmesi öncesi görev yapan proteinlerin bazı regülasyonunda görev alırlar.

3. Gastrulasyon-Embriyogenez evresinde düzenleme : Bu evrede görev alan en önemli

gen grubunun yine yumurta hücresine ait 8 çift oldukalı saptanan pair-rule ve 10 adet oldukarı saptanan segment polarity genlerdir. Bu gen grubu her tür için farklı olmakla

birlikte embriyogenezin 2, 8 ve 16 hücrelik bölünme evrelerinde inaktive edilirler. Örneğin farelerde zigot 2, koyun ve insanda 16 hücrelik embriyo olana kadar görev yapmaktadırlar.

Bu sayı türe göre değişmektedir. Zigot hücresinin maksimum 16 hücreye kadar bölünmesinden sorumlu gen grubudur. Bu genler sadece totipotent hücrelerde görev alırlar.

4. Fetus dönemi düzenleme : Bu dönem, fetus hücrelerine ait genlerin ifade edilmesiyle başlar. Bu dönemden sonra yumurta regülasyonu yerini fetus gen regülasyonuna terk eder.

Görev yapan genler homeotik ya da homeodometik (hox) gen ailesi olarak adlandırılır. Diğer bir tanımla bu genler geniş bir aileden ibaret olup, yetişkin dokuların ilkin farklılaşmasından sorumlu oldukları için homeotik seçici genler olarak adlandırılırlar. Türlerarası somatik doku

farklılaşmasından birinci dereceden bu gen grubu sorumludur. Bir dokunun normal ya da anormal bir şekilde farklılaşması bu gen grubunun normal ve zamanında fonksiyon

yapmasına bağlıdır. İlk kez blastoderm evresinde aktive olurlar. Memelilerde 4 adet homolog homeotik kompleks genin varlığı saptanmıştır. Homeodometik seçici genleri meydana

getiren homeodomain zincir genleri evrim süresince korunan ve en az varyasyon gösteren genlerdir. Herbiri 60 aa uzunluğunda protein sentezinden sorumlu 650.000 bç uzunluğunda

regülatör alt birimlerinden ibaret genlerdir. Genlerin regülatör alt birimlerini meydana getiren diziler, segmentasyonel ve yumurta -polarity gen ürünlerine özgül bağlantı bölgeler içerirler. Vücudun segmentasyonunda spesifik görev yapan bu gen grubudur. Moleküler

mekanizmaları kesin olarak bilinmemekle birlikte regülatör alt birimleri aracılığıyla aktive ve inhibe edildikleri sanılmaktadır.

5-YETİŞKİN (ADULT) DÖNEM DÜZENLEME

1- Housekeeping genler

2- Doku spesifik genler

3- Alel spesifik genler

4- Diğer (ekspresyon farklılığı gösteren genler, onkogenler, TS genler vb)

EPİGENETİKTE (SOMATİK KALITIM) ETKİLİ MEKANİZMALAR

I- DNA METİLASYONU

II- FOSFORİLASYON

III- ASETİLASYON

IV- UBİQUTİNASYON

V- HIGH MOBIL NON-HISTON PROTEİNLER

DNA METİLASYONU• - DNA replikasyonunun başlatılması

• - DNA transkripsiyonunun başlatılması

• - DNA tamiri

• - Mutagenezis

• - İkili sarmal DNA stabilitesinin sağlanması

• - Lokal mutasyon oranının artırılması

• - Nükleer parçalanmanın engellenmesi

• - Kromozom paketlenmesi

• - Hücre farklılaşması• - X-kromozom inaktivasyonu

• - Gen ekspresyonu • - Yaşlanma• - Tümör baskılayıcı gen inaktivasyonu ve proto-onkogen aktivasyonu aracılı

onkogenezis

• - Genomun aktif gen ya da kondanse bölgeler şeklinde yapılanması ve yerleşimi

• - Apoptozis

DNA METİLASYONU

• Post-replikatif bir mekanizmadır

• DNA düzeyinde yapılan modifikasyonla karakterize epigenetik mekanizmadır

• DNA metiltransferaz görev alır

• İnsanda % 90 oranında metillenenz nükleotidler mCpG dinükleotididir.

• DNA metilasyon oranı açısından;– Ametile DNA (Ökromatik DNA, Housekeeping genler)

– Hipometile DNA (Fakültatif heterokromatik DNA, Pseudogenler, inaktif X)

– Undermetile DNA (bazı onkogenler)

– Metile DNA (Heterokromatik DNA, İnterkalar heterokromatik DNA, protoonkogenler)

– Hipermetile DNA (Sentromerik DNA, İnaktik Junk DNA)

• mC, 5-metilsitozin yada episitozin olarak adlandırılır

• Semikonservatif kalıtılır

ELEMANLARI- Metil vericisi SAM (S adenozil methionin)- Substrat template DNA- Enzim DNA Metil transferaz- SAM metil grubunu kaybedince SAH (S adenozin

homosistein)’e dönüşür.- Ökaryot ve prokaryot hücrelerin herikisinde en yaygın

metillenen baz sitozin ( C) dir.- Prokaryotlarda CCGG dizilerindeki ilk sitozin,

ökaryotlarda ise CpG dinükleotidlerdeki ilk sitozin en yaygın metillenen bazdır.

- DNA yapısından metil grubunun koparılmasında görev alan enzim DNA Mtaz dır.

METİLASYONUN ONKOGENEZDE ÖNEMİ

• Bütün onkogenler ökaryotik hücrelerde öncelikle DNA düzeyinde modifiye edilerek inaktive dilir

• DNA metisyonu görev alır• Onkogenler hipermetile durumda inaktif durumdadırlar• Onkogen hipermetile ya /yada metillenerek inaktive edilir,

protoonkogene dönüştürülür. • Fosforilasyon, ubiqutinasyon, yüksek mobiliteye sahip non-histon

proteinlerin varlığı ve asetilasyon ise nükleoproteinler düzeyinde (histon –non-histon) yapılan epigenetik modifikasyon mekanizmaları olur gen ekspresyonu farklılaşmasında rol alan en önemli mekanizmalardır.

• Tümör supressör (20 adet) genler ÖR : p53 DNA hipermetilasyonu sonucu ekspresiyonel olarak inaktive edilir, hücre onkogeneze girer.

• Bu genler normal hücrelerde aktif genlerdir, inaktif durumda hücrede kansere neden olurlar. Genlerin inaktivasyonları da DNA hipermetilasyonu ile olur.

ASETİLASYON

1- DNP düzeyinde yapılan bir modifikason şeklidir.

2- H3 ve H4 en yaygın asetillenen histon proteinelerdir

3- N-asetil lizin en sık asetillenen aa dir.

4- Asetillasyon gen aksiyonu ile doğru ilişiktedir.

5- Kromozomların “aktif gen” bölgelerindeki H3 ve H4 proteinlerine ait lizin aa leri hiper asetillenmiş formdalar.

UBİQUİTİNASYON• Histon proteinlerin C (Karboksil) terminaline yakın lizin

aminoasitlerine ubiquitin adında küçük proteinlerin aktarılması ile karakterize modifikasyon şeklidir.

• En sık H2A ve H2B ubiquitine edilir.

• Ubiquitine H2A toplam histon proteinlerin % 10 ve

• Ubiquitine H2B ise toplam histon proteinlerin %1-2’sini teşkil eder.

• Ubiquitine proteinler, stoplazmada yapılan protein parçalanmalarında sinyal görevi yapmaktadırlar.

• Mitoza giren hücrelerde bölünme süresince kromatin fibrilinin 30 ºA çapta kalmasında görev yapabileceği sanılmaktadır.

• Transkripsiyonel aktif gen bölgelerinde ubiquitine histon proteinlerin yaygın oldukları, gen regülasyonunda görev alabilecekleri sanılmaktadır.

HİGH MOBİL NON-HİSTON PROTEİNLER

1- Dört tipi vardır

2- Tamamı non-histon proteinelerden ibarettir.

3- Non mutabıldırlar (mutasyonu tolere edemezler)

4- Polipeptit zincir yapısında asimetrik bulunurlar

5- Yüksel mobil aktiviteye sahiptirler, DNA zinciri boyunca kolay hareket etme, ve pozisyon değiştirme yeteneğindedirler.

6- DNA ya asimetrik yerleşirler

7- Dizi özgüllüğü gösterirler

8- Yüklü [ (+), (-)] aminoasitlerce zengindirler


I- Kromatin bağlayıcı enzimler: histon proteinlerin post-transkripsiyonunda görev alırlar

DNA tamir

sentez

replikasyon

nükleazlar

proteazlar

bağlayıcı motifler

metilazlar

ubiquitin transferaz

fosfor-fosfat transferaz

ADP ribozil transferaz


II- HMGP Proteinler

Tipi bağlandığı bölge olası göreviHMGP1/2 proteinler interkalar DNA - DNA replikasyonu ve tamir

- genel transkripsiyon faktörü

- DNA loop stabilizasyonu

HMGP 14/17 nükleozom - transkripsiyon başlama noktaları

HMGP 1/Y özgül diziler - kromatin kondensasyonu

A/T ce zengin bölgeler - genel transkripsiyon faktörü

- gen amplifikasyonu


III- Transkripsiyon faktörlerlösin zipper

zink finger

helix loop helix

HMGP adaptör proteinler

helix turn helix


IV- Kromozom yapıcı proteineler

- kromomerler

- diğer quaterner birim elemanları

HÜCRE ÖLÜM MEKANİZMALARI

Apoptozis

Nekrozis

Sitotoksisite

Tablo I. Apoptozda etkili basamaklara genel bakış.

Uyarıcılar

Upstream Caspase Aktivasyonu

Mitokondriyal membranında potansiyal kayıp

ROS üretiminde artış Asidifikasyon Downstream Caspase Aktivasyonu

Kromatin condensasyonu Fosfatidilserin translokasyonu Hücre membran permeabilitesinde artış

DNA fregmantasyonu

Apoptatik body oluşumları

Fagositozis (ölüm)

APOPTOZİS

Kontrol edilen – proğramlı hücre ölümüdürFizyolojik bir process olup istenmeyen yada

yararsız hücrelerin ölümünden sorumlu mekanizmadır.

yüksek canlılarda özellikle gelişme ve doku farklılaşması dönemlerinde görev yapar”fiyolojik apoptozis”.

Farklılaşmasını tamamlamış doku –hücrelerde meydana gelirse “patolojik apoptozis “adlandırılır.

APOPTOZİS EVRELERİ

Membran blebbing

Kromatin(çekirdek)kompertmentalizasyonu

Sitoplazma kondensasyonu

DNA fragmentasyonu

Mitokondri membran yapı bozukluğu

Apoptotik body oluşumu

Fagositozis

APOPTOZİS

1- Özel grup hücrelerde meydana gelir

2- Hormonal değişim ve büyüme faktörlerinin yokluğu gibi fizyolojik sitimülasyona bağlı gelişir

3- Apoptotik body ler makrofaj ve diğer komşu hücrelerce fagosite edilir

4- İnflamasyonel yanıt görülmez.

APOPTOZİS ÖZELLİKLERİEnzimatik basamakları düzenlenebilen

mekanizmadır37 C’de meydana gelen ATP bağımlı bir

mekanizmadır.Agaroz elektroforezde “ladder” yapı gösterir

Mitokondri membran değişiklikleri mevcuttur:

-fosfatidilserin translokasyonu-AIF ve sitokrom C sekresyonu

APOPTOZİS GÖREVLERİEmbriyogenezis

Doku homeostazisi

İmmün tolerans

Sinir hücrelerinin gelişimi

Normal hücre gelişimi

Endokrin bağımlı doku atrofisi

Primer gonad - seks gelişimi

Metamorfozis

APOPTOZİS TETİK ÇEKİCİLERİ

Hücre yüzey reseptör ölümleri (CD95, APO 1, Fas ve ras aktivasyonu)

Fosfatidilserin translokasyonu, extrinsik matiriks değişimi

11 farklı intrasellüler Cystein proteaz enzimlerin sitozole salınımı (Caspase 8 ve 9)

AIF salınımıCa ve Mg bağımlı oligonükleozomal endonükleaz

aktivasyonu

NEKROZİS Kazaen hücre ölümüdür

Patolojik bir process tir

İstenmeyen hücre ölüm mekanizmasıdır

Hücrenin çok ciddi bir fiziksel yada kimyasal ajanlara maruz kaldığı durumda kendi siteği dışında gelişen bir ölüm mekanizmasıdır.

İnflamasyonel yanıt mevcut (yangı)

Makrofajlarla fagositozis görülür

Homeostazis yokluğu en önemli etkendir

NEKROZİS ÖZELLİKLERİHomeostazis regülasyonu ortadan kalkmıştır

Enrji gereksinimi yoktur

Hücre özgüllüğü yoktur

“Smear DNA” yapısına sahiptir

+ 4 C’de meydana gelir

Hücre ölümünün son basamağında rastgele DNA parçalanması görülür

Vesikül oluşumu görülmez

Smoot mitokondri ve hücre membran yapısı

Sitoplazma vemitokondri membran yapısında irreversible swelling (şişme)

Total hücre ölümü ile sonlanır

NEKROZİS ETKENLERİ

- metabolik zehirlenmeler- ischemia- hipoksi- Hipertermi- litik viruslar- complemen ataklar

- homeostasis gerilemesi(hücreye su ve iyon geçişinde düzensizlikler)

SİTOTOKSİSİTEİlaçKozmetikler Çeşitli yiyeceklerAğır kimyasal bileşenler gibi toksik etkenlerin

neden olduğu hücre ölüm mekanizmasıdır.Patolojik bir mekanizmadırT-hücreler aracılı fagositozis bu mekanizmaya dahil

edilirMHC reaksiyonların tamamı sitototoksisite ölümdürApoptotik body fagositozu yine bir sitotoksisite

ölümdür olarak kabül görür.

Documents

MUTASYON ve MUTAJENLER