transkripsiyon faktörleri

Genetik Şifre ve
Transkripsiyon
Prof. Dr. Sacide PEHLİVAN
12 Aralık 2016
RNA (Ribonükleik Asit):
Ribonükleotid Polimeri
•Tek zincirli bir moleküldür.
•İçerdiği şeker ünitesi riboz’dur.
•DNA’dan baz içeriği olarak
farklılık gösterir; timin bazı yerine
urasil içerir.
RNA Yapısı
RNA’da baz
eşleşmesi
guanine
adenine
cytosine
uracil
DNA ve RNA yapısının karşılaştırılması
Özellik
DNA
RNA
Nükleotidlerden
oluşur
evet
evet
Şeker ünitesi
deoksiriboz
riboz
2’OH grubu
yok
var
Bazlar
A; G, C, T
A, G, C, U
Fosfodiester bağı
var
var
zincir
çift
tek
Kararlılık
Oldukça kararlı
Kolayca yıkılabilir
İkincil yapısı
Çift zincirli heliks
Birçok tipte
RNA Tipleri
◦ Transfer RNA (adaptör molekül)
◦ Haberci (Messenger) RNA (protein sentezi için kalıp)
◦ Ribozomal RNA (protein sentezi)
◦ Small nüklear RNA (splicesomal RNA, RNA işlenmesinde
görevli)
◦ Small nükleolar RNA (ribozomal RNA işlenmesinde görevli)
◦ İnterferans (Interference) RNA (gen susturma) mekanizmasında
görevli)
◦ Micro RNA (transkripsiyon-translasyonun kontrolü)
◦ Small Cajal RNA (Küçük RNA’ların döngüsünü sağlamak)
◦ Virus RNA (virus genomunu kodlar)
Mesajcı (Messenger) RNA, mRNA
DNA’daki mesajı sitoplazmadaki protein üretme
merkezine taşımaktadır.
Yapı olarak doğrusaldır, tek zincirlidir. Sekonder ve
tersiyer yapıda nadir görülürler
Protein sentezinden hemen sonra yıkılırlar, hatta
protein sentezi sürerken yıkım başlar. Bu moleküllerin
yarı ömürleri hücreye bağlı olarak değişmektedir.
Bakterilerde 1-2 dk, memeli hücresinde 30-40 dk’dır,
kanser hücrelerinde 10 dk’dır.
*
İSTİSTA OLAN HÜCRE VAR MI?
Eritrositlerde kalıcı mRNA bulunmaktadır;
◦ mRNA + protein (informozom) halinde bulunurlar.
Bakterilerde spor oluşumu sırasında da informozom yapısı
görülür.
Hücrenin farklılaşma ve gereksinimine bağlı olarak mRNA yarı
ömrü değişmektedir. Ör: ortamda prolaktin var ise
laktoalbuminler sentezleneceği için m-RNA prolaktinle
birleşerek yıkılmaktan korunur ve hücrenin gereksinimine
göre bu durum değişmektedir.
mRNA taşıyıcılığı farklılık göstermektedir.
◦ Prokaryotlarda polisistroniktir (sistron: gen alt bölgesi), aynı
fonksiyonu yapan genler ardarda dizilmiştir.
- Ökaryotlarda ise monosistroniktir, yani tek bir proteinin
sentezini gerçekleştirirler.
NEDEN?
Transfer RNA (tRNA)
-75-80 nükleotid uzunluğunda bir RNA
-Bir amino asitin mRNA molekülünü tanıyabilmesi
çok zor olduğundan adaptör molekül olarak tRNA
bu iki molekülün bir araya gelmesini sağlar. Böylece
hem amino asit hem de mRNA’yı tanıyarak doğru
amino asitleri doğru mRNA bölgesine taşır.
Transfer RNA Yapısı
TyC Loop
Variable
loop
Acceptor
Stem
D Loop
Anticodon Loop
tRNA
tRNA’nın iki tür aktivitesi bulunmaktadır;
1.sentetik
aktivite;
amino
asitin
tRNA’ya
bağlanmasıdır.
2.hidrolitik aktivite; yanlış bağlanan amino asidin
hidrolizle aktif bölgeden uzaklaştırılmasıdır.
-Amino asidin tRNA’ya bağlanması ATP gerektiren bir
mekanizmadır.
Ribozomal RNA (rRNA)
Ribozomların yapısında bulunan ve yapısal bir molekül olan
rRNA’nın molekül içinde çift zincirler bulunmasına karşın,
genel bir sekonder ya da tersiyer yapıları yoktur.
Ribozomlar= rRNA + protein’den oluşur.
Ribozomlar iki alt üniteden oluşur. Prokaryotlarda 70S,
ökaryotlarda 80S’lik ribozomlar bulunur. (S: Svedberg ünitesi,
sedimentasyon hızını ifade eder, ultrasantrifüjü bulan bilim
adamının isminden gelmektedir.)
TRANSKRİPSİYON
İki aşamada gerçekleşir
1. RNA sentezi
2. RNA’nın işlenmesi
Transkripsiyonun replikasyon ile benzerliği,...
Komplemanter baz çiftleşmesi
Polimerazlarla (RNA) katalizlenir
◦ Prokaryot: 1 tane polimeraz
◦ Ökaryot: 3 tane polimeraz
Transkripsiyonun Özellikleri
Hücresel RNA’lar DNA’dan
transkripsiyon
adını
alan
sentezlenirler.
sentezlendiğinden
mekanizma
ile
Transkripsiyonun ana enzimi RNA polimerazlardır.
RNA polimeraz tek zincirli
molekülünde kalıbı tanır.
hale
gelen
DNA
Farklılıklar olmasına karşın mekanizma replikasyon
ile aynıdır.
Transkripsiyonun Replikasyondan farklı yönleri
Transkripsiyon primer gerektirmemektedir, fakat
en son sentezlenmiş RNA zincirinin taşıdığı
etiketler (ppp-A veya ppp-G) RNA sentezinin nasıl
başladığını izah etmektedir. Yeni sentezlenmiş RNA
molekülünün 5’ ucu ya pppG veya pppA ile başlar.
Bu etiketlerin oluşu RNA zincirlerinin yeniden
sentezlendiğini göstermektedir.
RNA Polimerazlar
- Prokaryotların çoğunluğunda RNA tiplerinin
tümünün transkripsiyonu tek bir RNA
polimeraz tarafından yapılır. Ancak 6 tane alt
ünitesi vardır .
-Ökaryotlarda ise 3 tip RNA polimeraz bulunur.
I –rRNA genlerinin transkripsiyonunu yapar
II –protein kodlayıcı genlerin transkripsiyonunu
yapar.
III –Küçük RNA’ların transkripsiyonunu yapar
(tRNA gibi).
RNA polimerazlar bir genin
transkripsiyonunu nasıl başlatır?
genin Promotör olarak adlandırılan ve
RNA polimeraz tarafından tanınan özgün
dizileri mevcuttur.
-Her
-RNA polimerazın bu bölgeye bağlanması ile
transkripsiyon başlar.
-RNA polimeraz 5’
3’ yönünde sentez yapar.
RNA polimeraz DNA’nın hangi zincirinin
transkripsiyonda kalıp olarak kullanılacağını
nasıl bilmektedir?
Promotör dizisi yalnızca kalıp zincirde
bulunur.
Diğer zincir bunun komplementeridir.
Promotör Dizileri
DNA’nın tek zinciri anlamlıdır, diğer zincir stabilite
için gereklidir. Bu iki zincirden biri kalıp görevi
görecektir. Bunları belirleyen ise promotör
dizileridir.
Bu diziler 40-60 bç’den oluşur ve primidin
bazlarından (T,C) zengindir. Timinden zengin olan
zincir kalıp olarak kullanılır.
RNA transkriptleri, kalıp DNA’ya
komplementer ve antiparaleldir.
Promotör
Ortak Diziler
(Consensus Sequences)
Bakteride
TATAAT
TTGACA
“Pribnow box” traskripsiyon
başlama bölgesinin 10
nükleotid (-10) yakınında
bulunur.
traskripsiyon başlama
bölgesinin 35 nükleotid (-35)
yakınında bulunur.
Bakterilerde bulunan
promotör
Consensus diziler (ortak diziler); değişik genlerde
promotör bölge içinde benzer olan dizilerdir.
E. coli RNA Polimeraz
α +α+ β+β’+ σ+ p olmak üzere alt birimlerden oluşur.
◦ α2 ββ’ σ = Holoenzyme
◦ α2 ββ’ = Core enzyme (çekirdek polimeraz)
αα ββ’ = “Core” enzim; polimerizasyon aktivitesi bu
kısımdadır.
σ Factor; promoter dizilere bağlanmayı sağlar, başlama
faktörüdür, doğru yerden sentezin başlamasını sağlar.
p protein ise sentezin sonlanmasında rol almaktadır.
Bakteriyal Transkripsiyon
Transkripsiyon
-Sentezin başlaması
prokaryotlarda
ve
sürmesi
ökaryot
hemen hemen aynıdır;
-RNA polimerazın promotör’e bağlanması, bunun
sonunda DNA zincirinde bölgesel açılma ve zincir
seçimi
-sentezin başlaması, -uzama, -sonlanma
ve
Prokaryotik transkripsiyon, uzama
Core RNA
polimeraz sigma
faktör
yardımıyla
promoter
dizilere
bağlandıktan
sonra, dna
heliksi bölgesel
olarak açılır.
Transkripsiyonun sonlanması
Transkripsiyonun sonlanması aktif kompleksin özel bir
dizi üzerine bağlanması ile sağlanır. RNA zincirinin
uzamasının
sonlanması
bu
sonlanma
dizilerine
transkripsiyon kompleksinin yerleşmesi ile DNA ile olan
bağ zayıflar ve dna’dan ayrılır. Bu mekanizma ile birlikte
bazı bakterilerde sentezlenen RNA zincirine bağlanan
faktör ile (rho gibi) RNA polimeraz DNA’dan ayrılır.
Prokaryotik ekspresyon:
Operon
Promotör
Operatör
Regülatör
Yapısal Genler
Ökaryotlarda Transkripsiyon
Prokaryotlara göre daha karmaşıktır.
Prokaryot ve ökaryot sistemler arasında temel iki
farklılık vardır;
◦ Bakterilerde tüm genler tek bir RNA polimeraz ile
transkripsiyona uğrarken ökaryotik hücreler farklı
türdeki genleri kopyalayan farklı RNA polimerazlar
içerirler
◦ Ökaryotik RNA polimeraz promotöre doğrudan
bağlanamaz, ek proteinler ile etkileşime ihtiyaç duyar.
Ökaryotik RNA Polimerazlar
RNA Polimeraz
Sentezlenen RNA Tipi
RNA polimeraz I
Büyük rRNA’lar
RNA polimeraz II
mRNA, snRNA, scRNA
RNA polimeraz III
tRNA, küçük rRNA bazı
snRNA ve scRNA
Mitokondri RNA pol.
Mitokondri genleri
Kloroplast RNA pol.
Kloroplast genleri
Transkripsiyon Faktörleri
İnsan genomunun %5’i transkripsiyon faktörlerini
kodlamaktadır
İkiye ayrılır
◦ Genel transkripsiyon faktörleri
◦ Bazal transkripsiyon için gerekli
◦ Özgül (Specific) transkripsiyon faktörleri
◦ “Enhancer” ve “silencer”’lar
◦ Upstream faktörler
◦ Aktivatör ya da repressörler
Transkripsiyonun özelikleri
Transkripsiyon hızı saniyede 20-50 nükleotidtir
“Proof reading” olmadığından hata olasılığı yüksektir ve
yaklaşık 104 nükleotidde bir hata olur, bu hatalar sonraki
kuşağa aktarılmadığından tolere edilmektedir.
Başlama promoter bölgesinde, sonlanma terminator
bölgededir.
Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma
Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma
Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma
Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma
Transkripsiyon sonrası RNA’nın işlenmesi
mRNA’nın işlenmesi;
1.Uçlarda işlenme (terminal işlenme)
◦ “Capping”
◦ Poli A kuyruğunun eklenmesi
2.Modifikasyon
tRNA’ya bazların eklenmesi
3.RNA “Splicing”
RNA’nın İşlenmesi; 5 cap ve poli(A) kuyruğu
RNA’nın İşlenmesi: RNA “splicing” (kesip-ekleme)
İntron Tipleri
İntronlar 4 sınıfa ayrılır;
◦Spilicing mekanizmasına göre,
◦Dizilerin özelliklerine göre
◦
◦
◦
◦
Öncül tRNA’da bulunan intronlar
Group I intronlar
Group II intronlar
Öncül mRNA’da bulunan intronlar (spliceosom kompleksi aracılığı ile)
Alternatif Kesip-Ekleme
Splicing’in alternatif splicing bölgelerinde (splite site )
olaması bir genden birden fazla ürün sentezlenebilmesine
imkan verir
-Alternatif splicing kontrol edilir;
Gelişim sırasında farklı zamanlarda ve farklı hücre
tiplerinde değişmektedir.
GENE
(hnRNA) -
2
1
1
2
3
3
4
4
2 farklı mRNA
ürünü
1
3
4
RNA splicing yeni proteinlerin evrimine izin
verir
Aktif olmayan bir splicing bölgesinde (splice site), nükleotid
değişimi ile bu bölge kaybolur ve bunun sonucunda yeni bir
bölge aranır (criptic site) ve splicing gerçekleşir ve mutant
proteinler oluşur.
RNA splicing mekanizmasının esnek olması rastgele
muatasyonlara neden olur, bu da genlerin ve organizmaların
evrimi açısından önemlidir.
Nükleolus ve rRNA
Nükleolus rRNA ve proteinlerin organize
olduğu yerdir. Diğer bir ifade ile ribozomun
iki alt ünitesinin organize olduğu yerdir.
rRNA işlenmesi
Transkripsiyon mekanizmasının düzenlenmesi
Transkripsiyon faktörlerinin aktivitesinin değişimi
Bazı transkripsiyon faktörleri RNA pol kompleksinin
bağlanmasını etkiler
Bazı transkripsiyon faktörleri kromatin yapısını
değiştirebilir
Aktivatörler; histon asetilesyonunu tetikler
Repressörler; histon deasetilasyonunu tetikler
Aktivatörler; RNA pol.
kompleksini tetikler
Repressörler;
transkripsiyonal
aktivasyonu önler