GEN İFADESİNİN KONTROLÜ Hücrelerde bulunan genetik bilgilerin çok az kısmı kullanılır. Epitel dokusu hücrelerinde epitel dokusuna özgü, sinir dokusu hücrelerinde sinir dokusuna özgü genler çalışır. Ör. Hemoglobin geni tüm hücrelerde vardır ama sadece eritrositlerde aktiftir. Yine antikor genleri lökositlerde aktiftir. Hücrelerdeki gen aktivitesi çevre koşullarına göre değişebilir. Gen aktivitesindeki değişiklik, düzenleyici proteinlere, DNA ile ilişkili moleküllere, mRNA moleküllerine ve mRNA’nın translasyonu ile oluşan polipeptit zincirlerine, vb bağlıdır.

Transkripsiyon kontrolü çok yaygın olup iki tip düzenleyici protein ile kontrol edilir. Bunlar; Represör ve Aktivatör proteinlerdir. Represör protein; RNA polimerazın DNA’ya bağlanması engeller, Gen aktivitesinde Negatif kontrol sağlar. Aktivatör protein; RNA polimerazın DNA’ya bağlanması teşvik eder, Gen aktivitesinde Pozitif kontrol sağlar. Kontrol ajanlarının çoğu promotor bölgeye bağlanır. Prokaryotlarda bazı kontrol ajanları da operatör bölgeye bağlanır.

PROKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN KONTROLÜ Escherichia coli’de gen ifadesi; ortamdaki besin maddelerinin varlığında veya yokluğunda negatif ve pozitif kontrollere bağlıdır. Buna en güzel örnek Laktoz metabolizmasının negatif ve pozitif kontrolleri verebiliriz.

Laktoz Metabolizmasının Negatif Kontrolü (Beta-galaktosidaz, Permeaz, Asetilaz)

Laktoz Metabolizmasının Pozitif Kontrolü Ortamda Glikoz ve Laktoz var ise pozitif kontrol sistemi devreye girer.

Laktoz Metabolizmasının Pozitif Kontrolü Ortamda Glikoz ve Laktoz var ise pozitif kontrol sistemi devreye girer. Bakterilerde ATP’yi cAMP’ye çeviren Adenilil Siklaz enzimi glikoz düzeyi düşünce cAMP düzeyinin artmasını ayarlar. cAMP Katalitik Aktivatör Protein (CAP) olan transkripsiyonel regülatör protein ile kompleks oluşturur. cAMP’nin bağlanması CAP’ın kendi hedef dizisine (bu dizi Lac operonunun içinde ve transkribe olan bölgeden 60 bç yukarıdadır) bağlanmasını uyarır. CAP bu durumda RNA polimeraz ile etkileşime girerek promotora bağlanmasını ve transkripsiyonun başlamasını gerçekleştirir.

Triptofan Metabolizmasının Negatif Kontrolü

Triptofan operonunun çalışması negatif geri besleme yolu olan yavaşlatıcı (atenüasyon) mekanizması ile de olur. Prokaryotlarda negatif ve pozitif kontrol çalışmalarına göre; DNA’ya bağlanan Repressör protein genin çalışmasını engeller-Negatif kontrol DNA’ya bağlanan aktivatör protein genin çalışmasını sağlar-Pozitif kontrol.

ÖKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN KONTROLÜ Ökaryotlarda büyüme ve gelişme ile çok fazla hücre çeşidi oluşmaktadır. Bu nedenle hücreler aynı genoma sahip (Genom eşdeğerliliği) olmalarına karşın her hücrenin gen ifadesi prokaryotlardan tamamen farklıdır. Hücre farklılaşması ile dokular oluşurken her hücrede seçici genler aktive olur. Bu nedenle her dokuda farklı genler aktifdir. Bazı genler kişinin yaşamı boyunca aktifken bazı genler belirli dönemlerde aktifdir. Bazıları ise tamamen kapanır. Bazı genlerde vardırki tüm hücrelerde her zaman aktifdir. Bu genlere Housekeeping genleri denir. Bunların salgıladığı enzimlere de Housekeeping enzimleri denir. Omurgalılarda hormonlar seçici gen aktivitesinde önemli rol oynar. Ör. Prolaktin hormonu süt bezlerinin, FSH dişide foliküllerin, erkekte ise seminifer tübüllerindeki spermatogonium hücrelerinin aktivitesinden sorumludur.

Ökaryotlardaki Gen Aktivitesinin Prokaryotlardan Farklılıkları. Ökaryotlardaki gen sayısı prokaryotlardan çok fazladır. Genin açılıp kapanmasında kromatin yapısı rol oynar. Prokaryotlarda bu işi operatörler yapar. Ökaryotlarda genetik bilgi kromozomlar üzerinde taşınır. Prokaryotlarda sirküler yapıdaki DNA üzerinde taşınır. Transkripsiyon ile translasyon ökaryotlarda farklı farklı zamanlarda olur. Transkribe olan gen sitoplazmaya geçmeden bazı işlemlerden geçer. Prokaryotlarda intron bölgeleri yoktur. Ökaryotlarda mRNA’nın ömrü daha uzundur.

Ökaryotlarda gen ifadesi çeşitli yollarla kontrol edilir Ökaryotlarda gen ifadesi çeşitli yollarla kontrol edilir. Öncelikle genlerin transkribe olabilmesi için açık olması gerekir. Oysa bazı genler heterokromatin yapısı halinde kapalıdır. Bu yapı farklı dokularda farklı genlerin çalışmasını sağlar (Ör. Barr cismi).

DNA’nın Metillenmesi Omurgalılarda kromatin yapısı gibi transkripsiyon ile ilişkili diğer bir genel mekanizmadır. DNA’da Guanin’den önce gelen Sitozinler 5. C’una metil grubunu bağlayarak metillenir (CpG dinükleotidler). Bu metillenme genin transkribe olmasını engeller.

DNA’nın Metillenmesi

DNA’nın Metillenmesi Erkekte metillenme olayı nedeniyle H19 geni inaktifdir. Oluşan yeni bireyin tüm hücrelerinde anneden gelen gen aktifdir. Ancak bu durum germ hücrelerinde demetile olur. Yeni generasyona aynen geçmez. Bu durum çocuktaki aktif genin annedenmi yoksa babadanmı geldiğinin saptanmasında anahtar rol oynar. Bu olaya Genomik damgalama (Genomic imprinting) adı verilmektedir.

GENOMİK DAMGALAMA Prader-Willi ve Angelman sendromu Bu sendromlar 15. kromozom üzerinde küçük bir delesyon ile ortaya çıkar. 15. kromozomun her iki allelinde de bu delesyon (15q11-q13) varsa bunlardan biri metillenir ve inaktif hale geçer. Her iki sendromda da zeka geriliği vardır. Prader-Willi sendromunda; anneden gelen gen aktif, yemesi kontrol edilemediğinden obez, eller ve ayaklar kısa, seksual aktivitesi yok. Angelman sendromunda; babadan gelen gen aktif, yüz geniş, gülen yüz formunda, kas kontrolü yok, ellerde kasılma var.

Prader-Willi sendromunda Angelman sendromunda

Ökaryotlarda gen ifadesi 4 yolla kontrol edilir. 1-Transkripsiyonal kontrol 2-Posttranskripsiyonel kontrol 3-Translasyonal kontrol 4-Posttranslasyonel kontrol

1-Transkripsiyonal Kontrol Nükleustaki çeşitli mekanizmalar hangi genlerin transkribe olacağını kontrol eder. Bu aşamada kromatin organizasyonu da çok önemlidir. Transkripsiyonun kontrolünde promotor elemanları, transkripsiyon faktörleri, enhansırlar, transkripsiyonun başlama bölgesi, düzenleyici proteinler önemlidir.

Ökaryotlarda yukarı (upstream) promotor elemanları Ökaryotlarda genin üst kısmında bulunan DNA dizileri RNA polimerazın bağlanmasını sağlar. Bu diziler prokaryotlardaki promotor bölgeleri gibi işlev görür. Ökaryotlarda yukarı promotor elemanlarının yerleşimi farklı genlerde farklılık gösterir. Prokaryotlarda tek bir RNA polimeraz kullanılır. Ökaryotlarda Tip I (rRNA), Tip II (mRNA, snRNA) Tip III (tRNA, 5S rRNA)

Ökaryotik promotor bölgeler transkipsiyonun başlaması için gerekli olan RNA polimerazın bağlandığı bölgelerdir. Genin yukarısında yaklaşık 100-110 bç’lik bir bölgede yer alır. Bunlar; TATA kutusu, CAAT kutusu, GC kutusu olarak bilinen bölgelerdir.

TATA, CAAT, GC kutusu

Transkripsiyon faktörleri Promotorlara veya enhansır dizilerine bağlanırlar. Transkripsiyon için gereklidir. Fakat RNA polimerazın bir parçası değildir. İki domain içerir Ya promotora veya enhansıra bağlanır. Ya da protein protein etkileşimi ile RNA polimeraza veya diğer transkripsiyon faktörlere bağlanır.

Ökaryotlarda Enhansırlar TATA, CAAT ve GC kutusuna ilaveten ökaryot genler bazıları Enhansır (DNA dizilerini) dizilerini içerirler. Prokaryotlardaki operatörlere benzerler. Ancak genin önünde, arkasında, içerisinde, uzağında, yakınında olabilirler. Yani işlevi değişmeden ters yönde de yerleşim gösterebilir. Örn.; İmmünoglobülin genlerinde ağır zinciri kodlayan genin intronunda yer alır. Beta–globin geninin ağır zincirini kodlayan genin alt tarafında yer alır. Genomdaki enhansırlar farklı bir genin yakınına getirilirse genin aktivitesi artabilir.

Transkripsiyon Başlama Bölgeleri Ökaryotlarda herhangi bir gen birden fazla transkripsiyon yapabilir ve farklı proteinler üretebilir. Aynı genin transkripsiyonu için farklı başlama bölgeleri kullanılır. Oluşan proteinlerde farklı olup farklı görevleri vardır. (Mayalarda invertaz geninin iki formu)

Hsp Genleri (Şok sıcaklık proteini genleri) Normalde transkribe olmayan ancak hücre içi sıcaklık yükseldiğinde canlıyı korumak için transkribe olan genlerdir. TATA kutusu RNA polimerazın bağlanma bölgesidir. Aynı zamanda RNA polimerazın bağlanmasını sağlayan TAB proteinlerinin de bağlanma bölgesidir ve transkripsiyon için gereklidir.

Drosophyla’da TAB proteinleri her sıcaklıkta TATA kutusuna bağlanır Drosophyla’da TAB proteinleri her sıcaklıkta TATA kutusuna bağlanır. Ancak yüksek sıcaklıklarda TATA kutusunun yanına Şok Sıcaklık Faktörü adlı protein bağlanır. İkisinin bağlı olması RNA polimerazın bağlanmasını sağlar ve genin transkripsiyonu oluşur. Sıcaklık normale dönerse ŞSF ayrılır ve RNA polimeraz bağlanamaz ve transkripsiyon yapılamaz. Transkripsiyon normal hali ile devam eder.

2-Posttranskripsiyonal Kontrol Bu evre nükleusta transkripsiyon sonrası öncü mRNA’nın işlenmesini ve nükleusu hızla terk etmesinin sağlanmasını kapsar. Ökaryotik gen ifadesinin kontrolü DNA’dan proteine kadar uzanan pek çok evrede kontrol edilir. Transkripsiyon ve translasyon zaman ve yer açısından ayrılmıştır. Transkribe olan mRNA translasyon öncesi bazı değişiklikler geçirir. Bunlar 7-metil guanozin başlığı ve Poli A kuyruğunun eklenmesi, splaysing’dir.

Alternatif Splaysing olayı ile oluşan genlerde seçenekli kesimler oluşur. Bu da farklı proteinlerin oluşmasını sağlar. Bu nedenle aynı genin ifadesi ile birbiri ile ilişkili fakat farklı protein aileleri ortaya çıkar. Yani aynı mRNA’dan farklı kesimlerle farklı proteinler oluşabilir. Bu durum yani farklı proteinlerin oluşması farklı dokularda ortaya çıkabilir.

Alternatif Splaysing

3-Translasyonal Kontrol mRNA sitoplazmaya geçtikten sonra herhangi bir protein oluşmadan önce olur. Burada hangi mRNA’nın ribozomlara bağlanarak translasyona uğrayacağına karar verilir. Ribozomlar mRNA’yı 5’ ucundaki 7-metilguanozin’i kep bölgesine bağlayarak tanırlar. Daha sonra ribozomlar mRNA’yı AUG kodonunu buluncaya kadar tarar ve protein sentezini başlatır. Bu bağlantı olmazsa protein sentezi gerçekleşmez.

4-Posttranslasyonal Kontrol Sitoplazmada oluşan polipeptit zincirinin fonksiyonel protein haline nasıl getirileceğini belirler. Üretilen polipeptit zinciri E.R.’a geçer burada işlenerek golgi cihazına aktarılır. Bu evrelerde protein fonksiyonel yapısını kazanır.

Kalbinizin sağlıklı ve sürekli atması dileği ile hepinize başarılar.