MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİK BÖLÜMÜ MBG2010 GENETİK Ⅱ TRANSKR İ PS İ YON Turgut ZENGİN

Hücredeki bilgi aktarımı reaksiyonları santral dogma ile ifade edilmektedir. Santral dogmanın asıl amacı kalıtsal materyal olan DNA’yı temel alarak protein sentezlenmesidir ve kalıtsal materyali temel aldığı için oluşacak olan proteinlerin canlıdan canlıya değişiklik gösterecektir. Bilgi akışı genelikle DNA’dan RNA’ya doğru olur, fakat santral dogma her zaman protein senteziyle sonuçlanmaz. Aynı zamanda geri transkripsiyon ile RNA’dan DNA’ya doğru olabilir.

PROKARYOTLARDA TRANSKRİPSİYON Prokaryotlarda transkripsiyon ve translasyon birleşmiştir. Transkripsiyon hemen başında m RNA’nın 5’ ucu oluşur oluşmaz, ribozom bu uca bağlanır ve protein sentezi başlar. İlk ribozom 5’ ucundan belirli bir mesafe ilerledikten sonra, aynı uca başka bir ribozom eklenir. RNA polimeraz enzimine bağlanan protein ile bir ribozomal protein arasında doğrudan bir etkileşim vardır. Bu etkileşim protein sentezi ve transkripsiyon mekanizmalarının birlikte meydana gelmesini, tüm transkripsiyon ve translasyon işlemlerinin dakikalar içinde olmasıdır.

Bakteriyel Promotor Yapısı: RNA polimerazın promotor ile etkileşim gücünü ifade eder ve çok güçlü promotorlar upstream bölgesinde bulunurlar. Up element olarak ifade edilen ve RNA polimerazı bu bölgeye çeken orta(consensus) dizisine sahiptirler. Bakteriyel RNA Polimerazın yapısı: Bakteriyel RNA polimerazları, kor enzim ve sigma (σ) faktör olarak isimlendirilen bir ilave transkripsiyon faktörü olmak üzere iki kısımdan oluşur. Bu iki kısım birbirilerini tamamlayarak, birlikte fonksiyonel bir enzim kompleksi olan «holoenzim» oluştururlar. RNA polimeraz kor enzimi; 400kDa ağırlığında olup, 2α, bir β, bir β’ ve bir ω alt birimlerinden oluşur.

 α 2 : İki α altbirimi enzimi bir araya getirirler ve düzenleyici faktörlerle etkileşirler. Bu altbirimlerin karboksil uç bölgesi, promotöre bağlanır, amino uç bölgesi polimerazın geri kalan kısmına bağlanır  β: Polimeraz etkinliğine sahiptir, zincir başlatma ve uzatma dahil, RNA sentezini katalizler.  β': DNA'ya özgül olmayan şekilde (non-spesifik olarak) bağlanır.  ω: RNA polimerazın altbirimlerinin bir araya gelmesini sağlar. Denatüre olmuş RNA polimerazı tekrar çalışır hale getirir, koruyucu ve şaperon işlevine sahiptir.Denatüreşaperon

1-) TRANSKRİPSİYONUN BAŞLAMASI: RNA polimeraz enzimi, kapalı promotor kompleksi oluşturmak için transkripsiyon başlangıç noktası (+1)’e göre -35 ve -10 bölgesinden ki promotor elementlerine bağlanır. DNA kalıp zincirindeki transkripsiyon başlangıç bölgesi etrafında yaklaşık 18 bp’lik kısmı açarak, DNA’nın kalıp olarak kullanacağı zinciri açığa çıkarır ve kalıp zincir açılır açılmaz NTP s varlığında transkripsiyon başlar. 2-) TRANSKRİPSİYONUN UZAMA SAFHASI: Transkripsiyon uzaması sırasında açık kompleks bir transkripsiyon kompleksine dönüşür ve yeni ribonükleotitler eklenir. RNA transkript oluşurken polimerazın önündeki DNA daha çok açılır ve 13 çift bazlık açık kompleks 17 çift bazlık bir transkripsiyon kompleksine dönüşür. Bu aşamada promotörün -10 ile -35 arasındaki bölgesinin şekli ve σ faktör RNA polimeraz arasındaki etkileşim bozulur.

PROOFREADİNG: (Transkripsiyon hatalarının düzeltilmesi) bu mekanizma iki aşamalıdır; birinci aşamada RNA polimeraz birkaç bazlık bir geri dönüş yapar, bu geri dönüş hareketi, sentezlenmekte olan RNA transkriptinin 3’ucunu enzim aktif bölgesinde uzaklaştırır ve ikinci aşama ise nükleotiti kesimidir. Polimeraz bir müddet durur. ( in vitro 20-30dk sürebilir.) 3-) TRANSKRİPSİYONUN SONLANMASI: RNA polimeraz transkripsiyonu, sonlama sinyali olarak görev yapan diziye gelene kadar sürdürür. Transkripsiyon sonlanması ise Rho proteinine bağımlı veya bağımsız olarak gerçekleşir.

3.1-) Rho’dan Bağımsız sonlama: son baz transkribe olmadan önce, ters tekrarlı bölge içindeki komplementer baz eşlemesi ile m RNA da stem-loop formu oluşur. Bu yapı, transkripsiyon kabarcığını kararsızlaştırarak kabarcığın kopmasına ve yıkılmasına sebep olur. m RNA’daki ters tekrarlı diziyi 7-8 adet urasil takip eder ve bu bölge DNA’daki adenin ile A-U ikili H + bağlardan dolayı zayıf etkileşimli çift heliks oluşturur.

3.2-) Rho’ya Bağımlı sonlama: prokaryotik hücrelerde m RNA sentezlenirken aynı zamanda protein sentezi de sürdürülür. m RNA’ya bağlanan ribozom translasyonu sürdürürken Rho proteini m RNA’ya bağlanmasını engeler. Ribozom stop kodonu geldiğinde m RNA’dan ayrılır ve Rho m RNA’ya bağlanır. m RNA’ya bağlandıktan sonra RNA polimerazı izler ve katalik bölgeyi değiştirerek enzimi inaktif eder. Daha sonra DNA-RNA hibritleşmesini açar ve sonlamayı gerçekleştirir.

PROKARYOTİK GEN REGÜLASYONUNUN AYDINLATILMASI Prokaryotlar ve Ökaryotlar arasındaki en büyük farklılık, genlerin organizasyon biçimidir. Bakterilerde genler operonlar halinde organize olmuştur. Bir operon, bakteriyal gen ekspresyonunun ve regülasyonunun bir ünitesidir. Bu ünite, düzenleyici gen ürünleri tarafında tanınan DNA’daki yapısal ve kontrol elementlerini içerir. Bir operondaki genler, tek bir promotordan transkiribe edilirler ve sonuçta tek bir primer transkript (pre-m RNA) veya polisistronik m RNA oluşturular. lac operonunun indüksiyonu; lac operonun özellikleri bakterilerden insana kadar evrensel olan gen regülasyonunun temel prensiplerini gösterir. bu temel prensipte bir RNA polimeraz vardır ve bunun çalışması transkripsiyonel aktivatörler ve represörler tarafında düzenlenir. Aktivatörler; RNA polimerazın bağlanmasına yardım ederken, Represörler ise bağlanmasına engel olan DNA bağlanma proteinleridir.  lacZ;β-galaktozidaz kodlar. Laktozu; glikoz ve galaktozua parçalar ve bu iki şekerde hücrede enerji kaynağı olarak kullanılır.  lacY; laktoz permeazı kodlar. Bu enzim membrana bağlı bir proteindir ve laktoz gibi β-galaktozitleri hücreye getiren transport sistemin parçasıdır.  lacA; permeaz tarafında alınan toksik tio-galaktozitlerin hücreden uzaklaştırılmasını sağlar.

ÖKARYOTLARDA TRANSKRİPSİYON  RNA pol 1; nukleusta (r RNA öncülerini sentezler.)  RNA pol 2; nukleusta ( m RNA, sno RNA ve mi RNA’ları kodlayan genlerin transkripsiyonunda sorumludur.)  RNA pol 3; nukleusta (t RNA, 5srRNA ve bazı küçük RNA’ların sentezinde sorumludur.)  RNA pol 4-5; genellikle bitkilerde (gen sessizleştirilmesinde ve DNA metilasyonu yönlendiren si RNA sentezinde sorumlular. )

Bir organizmadaki birçok farklı gen ve birçok tip hücre aynı transkripsiyon faktörlerine sahiptirler. Belli bir hücrede belli bir genin açılması, düzenleyici elementler ve onlara bağlanan transkripsiyon faktörlerinin özgünlüğü ile sağlanır. Çok hücreli ökaryotlarda, düzenleyici elementler transkripsiyon başlama noktasına olan uzaklığa göre iki kısımda oluşur. I.Promotor Elementleri (kor ve proksimal promotor elementleri) II.Uzun Menzilli Düzenleyici Elementler ( enhansır, silensır, izolatör, LCR ve MAR)

Genel Transkripsiyon Faktörleri ve Ön Başlangıç Kompleksi (PIC) TF Ⅱ A, TF Ⅱ B, TF Ⅱ D, TF Ⅱ E, TF Ⅱ F ve TF Ⅱ H simgeleri ile gösterilen bu 6 grup protein, promotorun tanınmasını ve promotor bölgesindeki DNA zincirinin açılmasında sorumludur. Bunlar RNA pol Ⅱ için transkripsiyon faktörleridir.  TFIID’nin bağlaması diğer transkripsiyon faktörlerinin ve RNA pol II’nin promotora toplanması için bir platform oluşturur.  TFIIB promotorlardaki komplexi yönlendirir  TFIIE, TFIIF, TFIIH ‘ ın bağlanması ile ön başlangıç kompleksinin oluşumu tamamlanır

RNA’nın İşlenmesi ve Transkripsiyon Sonrası Gen Ekspresyonu Transkripsiyon sonrası m RNA; I.5’ ucuna CAP eklenmesi ve intronların çıkarılması; tüm ökaryotik RNA pol Ⅱ transkripleri 5’ CAP yapısına sahiptirler. Bu CAP yapısı transkripsiyon başladıktan ve m RNA nükleotit uzadıktan sonra bağlanır. Şapkanın kimyasal yapısı, m RNA’nın 5’ ucunu nükleazlardan korur. Bu yapı ayrıca özel şapka bağlama proteinleri yardımıyla farklı fonksiyonlarda içerir. II.İntronların çıkarılması (Splaysing); ilk sentezlenen RNA’dan belirli noktalarda intronların çıkarılması ve kalan RNA’ların uçlarından birleşerek tam bir m RNA, rRNA ve tRNA elde edilmesi işlemidir. III.Poliadenilasyon (poli A kuyruğun eklenmesi); m RNA sentezinin hemen ardından, poli A polimeraz enzimi tarafında m RNA’nın 3’ ucuna adenozin-5’- monofosfat (AMP) eklenir. Poli A kuyrukları diziye özel poli A bağlanma proteinleri ile kaplanır. Bu proteinler nukleus ve sitoplazmada farklıdırlar ve farklı görevler üstlenir. Translasyonun başlangıcı, m RNA’nın degradasyonu gibi görevler üstlenir. IV.RNA Editing; RNA molekülündeki bilginin içeriğinin bazın yapısında kimyasal bir değişiklik yaparak ya da baz eklenerek değiştirilmesi sonucu, kodlanan dizinin aminoasit dizisinin genomik dizisine göre tahmin edilenden farklı sağlayan transkripsiyon sonrası RNA üzerinde yapılan işlemlerdir. İlk olarak uyku hastalığına sebep olan bir parazit Trypanosoma mitokondrilerinde keşfedilmiştir.

RNA editing olayında kılavuz (quide) RNA [qRNA] lar yardımıyla m RNA’ya çok sayıda Urasil sokulması görülür ve bu mekanizma > adı verilen çoklu protein kompleksi tarafında gerçekleşir.

r RNA SENTEZİ  Prokaryotlarda ; Prokaryotlarda 30S ribozomal altbirimde 16S ribozomal RNA bulunur. 50S ribozomal altbiriminde ise iki rRNA türü vardır, bunlar 5S ve 23S rRNA'lardır. Bakterilerde 16S, 23S ve 5S rRNA genleri beraberce transkripsiyonu yapılan bir operon olarak organize olurlar. Genomda bu rRNA operonlarından birden fazla bulunabilir. Arkelerde de bir veya birden çok rRNA olabilir. 16S, 23S ve 5S rRNA'ları, öncül bir RNA transkriptinin (pre-rRNA) üç parçaya kesilip, bu parçaların da uçlarının kısaltılması sonucu meydana gelirler.  Ökaryotlarda; Ökaryotlarda küçük ribozomal altbirimde 18S bulunur, büyük altbirimde ise üç tane rRNA türü vardır: 5S, 5.8S ve 28S rRNA'lar. Ribozomal RNA'lardan 28S, 5.8S ve 18S rRNA'lar, tek bir RNA molekülünün işlemden geçmesi sonucu oluşur. Memelilerde bu öncül rRNA (pre-rRNA) 45S büyüklüğündedir, bunun başından ve sonundan birer parça, iç kısmından da iki parça çıkınca kalan parçalar 28S, 5.8S ve 18S büyüklüğünde olur. Bu işlemden sonra 5.8S rRNA ve 28S rRNA birbirlerine hidrojen bağlarıyla bağlanırlar. 5S rRNA ayrı bir genden yazılır. 28S, 5.8S ve 18S rRNA'ları çekirdekçikte (iç transkripsiyon alanları) sentezlenir, 5S rRNA'sı ise çekirdeğin farklı bir bölgesinde ( dış transkripsiyon alanları) sentezlenir.

KAYNAKÇA 1.Lizabeth A. Allison. Temel Moleküler Biyoloji. 2.baskı. Palme Yayınları. Ankara.2011 ( çeviri; Ali Osman Beldüz.) 2.Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger M., Scott, M.P., Bretscher, A., Ploegh, H. ve Matsudaira, P Moleküler Hücre Biyolojisi. Palme Yayınları, Ankara.