ÖKARYOTİK KROMOZOMLAR PROF.DR.SİBEL BERKER KARAÜZÜM ARALIK 2015

ÖĞRENİM HEDEFLERİ DNA NASIL KROMOZOM HALİNİ ALIR? (DNA PAKETLENMESİ) PAKETLENMENİN ANA BİLEŞENLERİ PAKETLENMENİN MOLEKÜLER MEKANİZMASI KROMOZOMA ÖZGÜ FONKSİYONEL DİZİLER?

gen (Aralık 2014, OMIM) gen(23 Aralık 2015, OMIM)

Beta-Globulin geni :1605bp

geni içeren insan genomu 24 farklı DNA molekülünde yer almaktadır 46 kromozom uç-uca(6.4x109 nt ) 6um çapındaki çekirdekte lokalizedir 4ok 40 km uzunluğunda ipliğin yerleştirilmesi Örneğin en küçük krz x106 bp, 1.5 cm……. Mitotik krz : 2um 1.5 cm’lik DNA ipliği krz olarak görünür hale gelebilmek için > 7000 katı kadar kısalıp-kalınlaşmıştır(KONDENSASYON)

DNA’nın kısalıp kalınlaşmış görünür hali: KROMOZOM -İnterfaz kromozomu -Mitotik kromozom

Nükleus içindeki kromatin yumağı:KROMATİN Kromatin içeriği: DNA ve protein Kromatin yapısına katılan pr 2 gruba ayrılırlar: A)Histon pr B)Non-histon pr

KROMATİN YAPIDAKİ EN BAZİK PROTEİN HİSTON PROTEİNLER Histon prt 5 alt grb ayrılır : H1, H2A, H2B, H3, H4 Arg, Lyz ortak, küçük prt Histonlar: en iyi korunan pr.ler arasındadır. Pek çok farklı türlerde bile aynı aa dizilimi + ** bunun anlamı nedir ??

Bu kromatin yapının nükleus içinde paketlenmesine: “KONDENSASYON” Kondensasyon hiyararşik bir düzen ile gerçekleşir.

Kondensasyonun alt bileşenleri 1-Nükleozom oluşumu 2-Kromatin fiberlerin oluşumu 3-Loop domainlerin oluşumu 4-Loop domainlerin katlanması ile Kromatin-Kromozoma dönüşür

DNA paketlenmesinin temel yapı taşı nükleozom olup, tek başına katlanma için yeterli değildir. Mutlaka 30nm fiberlerin ve çekirdek içinde iskelenin kurulması(nuclear scaffolding)

Nükleozom? “ Roger Kornberg” 1974 ~200bp ’lik DNA ve Histon proteinleri, nükleozomu oluşturur.(kondensasyon ~ 7-kat) Nükleozom kor partikülü Kor histon pr+Kor DNA(146 bp)(nükleazlara dayanıklı)(Tüm organizmalarda aynı) Kor histon pr: Histon oktomeri (H2A, H2B, H3 ve H4)x2 Linker DNA: (1-80bp)(nükleazlara duyarlı) Chromatosome: Nucleosome + H1

Nükleozom korunun ayrıntılı yapısı :1997 Nükleozomal kora bağlanan DNA; bu oktomerik yapının etrafında 1.7’lik dönüş yapar. Nükleozomal koru oluşturan tüm histonlarda yapısal motif “ Histon fold” olarak adl. Her bir alt birim 2 loop ile birbirine bağlı 3 alfa helix’den oluşur Nükleozomal kor oluşurken histon proteinlerin biraraya gelmesi bir düzen gerektirir.

Oktomeri oluşturacak histonların birleşmesi

DNA paketlenmesinde temel alt ünite nükleozom olup, nükleozomların katlanmasında ise H1 histon proteinleri sorumludur. H1 histon proteininin globular santral bölgesi nükleozomla interaksiyona girer.

Nükleozomların katlanmasında H1 histon proteinleri ile birlikte, Nükleozomal kor histon proteinlerin N-terminal uçlarının kovalent modifikasyonları 30nm’lik fiberlerin oluşumunu sağlar

Nükleozom oluşumunu etkileyen iki önemli faktör vardır 1-DNA dizi içeriği 2-DNA’ya bağlı bulunan proteinler

Histon varyantları H3’varyantları H3.3: transkripsiyonel aktivasyon CENP-A: Sentromer fonk ve kinetokor birleş. H2A’ varyantları H2AX: DNA tamiri ve rekombinasyon H2AZ: Kromozom segregasyonu macroH2A: X-inaktivasyonu

Histon kod hipotezi: “ Histone modifikasyonlarının kromatinin belirli bir bölgesinin transkribe/inaktif konumda olmasının belirlemesi” belirli bir bölgesinin transkribe/inaktif konumda olmasının belirlemesi” Posttranslasyonel histon modifikasyonu: - asetilasyon - fosforilasyon - metilasyon - ubiquitinasyon - polyribozilasyon H3K14ac ve H3K4me3 açık/aktif transkribe genomik bölgeler H3K9me3 H3K27me3 inaktif/represe kromatin yapı ile ilişkilidir

H3 Histonda modifikasyon yeri ve sonucu Heterokromatin-gen susturulması Gen ekspresyonu X-inaktivasyonu

Nükleozom Yapısının Değişimi Histon kuyrukların enzimatik ol. Modifikasyonu Kromatin remodelling kompleks ATP hidrolizi

Major histon proteinleri S fazı sırasında sentezlenrken; varyant histon proteinleri interfaz evresinde sentezlenir. Kromatin remodeling komplex aracılı ATP hidrolizi ve histon şaperonları aracılığıyla nüklezom yapısına katılırlar

Nükleozom yapısının değişimine neden ihtiyaç duyulur? Gen ekspresyonu DNA replikasyonu DNA tamiri Kromozom segregasyonu

Heterokromatin-pozisyon etkisi

Nukleozomlar FİBER’leri oluşturur 2 tip fiber 10nm / 30nm. Linear Silindirik H1 (iht yok) H1 (iht var) 10 nm.’de her bir nukleozomun uçları yada yüzeyleri birbirine değerek organize olurlar. 30nm.’de her bir dönüşümde 6 nukleozom içerirler. Hem interfaz kromatini hem mitotik kromozomların temel yapısı

30nm.’lik fiberler daha ileri katlanmalar sonucunda 100nm kromatin zincirini(LOOP DOMAİNLERİ) oluşturur.

SARs “Nüklear scaffold/matrix oluşumunda, AT-ce zengin birkaç yüz bp ‘lik DNA fragmenti “DNA looplarının bazları”

SMC pr ; kromozomun yapısal korunmasından sorumlu SMC pr ; kromozomun yapısal korunmasından sorumlu Condensin pr: kondensasyona aracılık ederler Condensin pr: kondensasyona aracılık ederler Cohesin: kardeş kromatidleri birarada tutarlar Cohesin: kardeş kromatidleri birarada tutarlar Ayrıca yüzlerce fonksiyonu bilinmeyen diğer “kromozom scaffold proteinler” vardır Ayrıca yüzlerce fonksiyonu bilinmeyen diğer “kromozom scaffold proteinler” vardır

İlk üç paketlenme seviyesi

Kromatin paketlenmesi

Heterokromatin: Sıkı paketlenmiş DNA içeren bölge A-T dizisince yoğun DNA boyaları ile koyu boyanan Gen bakımından “fakir” Konstitütif heterokromatin Fakültetif heterokromatin Ökromatin: Paketlenmenin zayıf olduğu bölge G-C dizisince zengin DNA boyaları ile soluk boyanan Gen bakımından “zengin” 200 gen 1500 gen

Bir kromozomu oluşturan her bir DNA molekülünde 1-Sentromer 2-Telomer 3-Replikasyon Orijinleri

Kromozomlardaki Fonksiyonel Diziler?

Sentromerler Tekrarlı DNA dizileri A-satellit repeat(5-170b) Heterokromatin Spesifik pr. İlişkili CDE III subunit mut. önemli

Telomerler

Telomerik Dizilerin Önemi Telomer dizileri ( TTAGGG), periodik olarak spesifik bir enzim tarafından uzatılır, böylece her siklusta telomerik DNA’nın birkaç nükleotidinin bütün olarak replike olmasına izin verir. Hangi enzim: TELOMERAZ

Telomeraz: Revers transkriptaz Kendi kalıp RNA’sını kullanarak telomerik dizilerin çoklu kopyalarının elde edilmesini sağlar Embriyonik dönem Stem cell (Kök hücre)

Kromozom territory (Yerleşimi)? “ non- random kromozom pozisyonu” Gen içeriği zengin kromozomlar merkezde, Gen içeriği zayıf kromozomlar periferde,