Transkripsiyon

TRANSKRİPSİYON:
Dr. Lülüfer TAMER GÜMÜŞ
MEÜ Tıp Fak.
Tıbbi Biyokimya AD
1
Sağlık Slaytları
http://hastaneciyiz.blogspot.com
Bir organizmanın genetik yapısını DNA da bulunan dNTP
dizeleri belirler ve
bu bilginin ifade edilmesi ise (Protein sentezi) RNA lar ile
sağlanır.
2
DNA nın belli bölgelerinden genetik bilgi, kopyalanarak
RNA moleküllerine aktarılır.
Transkripsiyonda DNA çift sarmalından birisi kalıp olarak
kullanılır ve bu kalıbın belli bir bölgesi kopyalanır.
İnsülin Geni
İnsülin
3
Transkripsiyon
Transkripsiyon, DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA
molekülü (mRNA, tRNA, rRNA…..) şeklinde kopyalanması veya
yazılması olayıdır
Transkripsiyonla RNA’ya kopyalanan, bir protein molekülüne ait
genetik bilgilerin okunması veya bir protein molekülü haline
çevrilmesine translasyon adı verilir
Transkripsiyon ve translasyon olaylarının toplamı, gen ifadesi
(gen ekspresyonu) olarak tanımlanır
Trans anim 1
5
Gen ifadesinin düzenlenmesi
Gen ifadesinin düzenlenmesi çeşitli aşamalarda olur:
1) Primer transkriptlerin oluşumu
2) Primer mRNA’dan matür (olgun) mRNA oluşumu
3) mRNA’nın sitoplazmaya geçişi
4) mRNA’nın yıkılımı
5) Protein sentezi
6) Proteinlerin posttranslasyonal modifikasyonu
7) Protein yıkılımı
Gen ifadesinin transkripsiyon düzeyinde düzenlenmesi için operon
modeli tanımlanmıştır. Kromozomlardaki genler, fonksiyonlarına
göre çeşitlere ayrılabilirler:
1) Yapısal genler; mRNA’yı oluştururlar
2) Operatör genler; yapısal genlerin fonksiyonunu denetlerler
3) Promotör genler; üzerinde RNA polimeraz bağlanma bölgesi ve
cAMP+reseptör protein bağlanma bölgesi olmak üzere iki bölge
içerirler
4) Düzenleyici genler; operonu uzaktan kontrol ederler
Prokaryot hücrede gen ifadesinin düzenlenimi, Transkripsiyon
düzeyinde,
indüksiyon ile düzenlenim
Represyon ile düzenlenim olmak üzere iki şekilde olabilir
Ökaryotlarda ise, genellikle translasyon düzeyinde ve daha
az olarak transkripsiyon düzeyinde olur
Translasyon düzeyinde kontrol, nicel kontroldür;
feedback inhibisyon; İnhibitörün birikmesi, başlama
kompleksinin oluşmasını bloke eder ve protein sentezini
azaltır.
mRNA üzerinde ribozomların yoğunluğu ile sağlanır; mRNA
üzerinde ribozomların yoğun olması sentezlenen proteinin
miktarını artırır
Transkripsiyonun önemli bir özelliği, oluşan RNA ların daha
sonra bazı değişimlere (posttranskripsiyonel) uğramasıdır.
*RNA zinciri uçlarına bazı grupların eklenmesi (Cap ve Pol A)
*Bazların değiştirilmesi
*Bazların çıkarılması
*RNA nın bazı yerlerden kırılması (Exon çıkarılması)
Bu işlemler sonucunda inaktif primer RNA, daha işlevsel bir molekül
haline dönüşür.
İnaktif Primer RNA
(Het Nükleer RNA)
İşlevsel RNA
10
RNA
*rRNA
*tRNA
*mRNA
**snRNA : Eksonların birleştirilmesini
kolaylaştırır ve hızlandırır.
11
rRNA: (%80) Ribozomlarda bulunan RNA dır.
Değişik proteinler ile birlikte rRNA lar
ribozomları oluşturur.
Prokaryotlarda; 23 s, 16s, 5s
Ökaryotlarda; 28s, 18s, 5.8s, 5s
12
tRNA: (%15) 3 major RNA arasında en küçük
olanıdır (4s). Proteinlerin yapısında yer alan
20 aminoasidin herbirine özgü bir tRNA vardır.
Her tRNA kendisine özgün a.a di taşır
13
mRNA: (%5)
Kep

5’ tercüme
kodlayan bölge 3’ tercüme Poli A
edilmeyen bölge
edilmeyen

5’



3’
İşlevsel mRNA
14
REPLİKASYON
*Birbirinin aynı iki DNA
*DNA Polimeraz
*dNTP
TRANSKRİPSİYON
DNA üzerinde belirli bir gen
RNA polimeraz
NTP
DNA Pol
RNA Pol
(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1 Ppi (NMP)n+NTP(NMP)n+1 Ppi
*A-T G-C
A-U G-C
*Primer gerektirir
Gerektirmez
*Temlat DNA
Temlat DNA
15
Bir RNA molekülü, DNA’yı kalıp olarak kullanarak
ribonükleotidlerin ( ATP, GTP, CTP ve UTP- )
pirofosfatlar ayrılması suretiyle) polimerizasyonu
sonucunda, 5  3 yönünde sentezlenir
Nükleotid dizelerinde bazı sinyaller bulunur ve bu
sinyaller RNA polimerazın nerede ve ne sıklıkla
transkripsiyona başlayacağını ve transkripsiyonun
nerede sonlanacağını gösterir.
17
İnternet DNA rep 4
ÖKARYATİK RNA POLİMERAZ ENZİMİ
*Genin başlangıç noktasına yapışır ( promotor bölge)
Prokaryotlarda ‘’ Pribnow kutusu’’ TATAATG
Ökaryotlarda ‘’Hognes kutusu’’ TATAAAG
18
RNA polimeraz enzimi, DNA nın transkripsiyona uğrayacak
gen kısmının başında bulunan nükleotid dizesini (promotor
bölge) tanır.
Sonra DNA yı bir kalıp olarak kullanır ve buna komplementer
bir RNA oluşturur.
Complementer
RNA
19
Sonra genin son kısmında bulunan DNA dizelerini
(sonlandırma bölgesi) tanır ve transkripsiyonu sonlandırır.
*Bitiş noktası ise T bakımından zengindir.
20
Transkripsiyonu sağlayan RNA polimeraz enzimi çok alt
birimli bir enzimdir.
RNA Polimeraz I
28S, 18S, 5.8S rRNA
RNA Polimeraz II
m-RNA
RNA Polimeraz III
t-RNA
RNA PolimerazIV
Mitokondride
Bakterilerde ise bir cins RNA polimeraz enzimi bulunur.
Bu enzim DNA replikasyonu için gerekli RNA primerleri dışında bütün RNA ları
sentezler. RNA primerleri ise primaz ile sentezlenir.
21
RNA polimeraz, sigma faktörü ile birlikte holoenzim
oluşturur. Sigma () faktörü, DNA üzerinde bulunan
promotör bölgeyi tanıyarak RNA polimerazın DNA’ya
bağlanmasına yardım eder
22
m-RNA kalıp (templat) DNA zincirine
antiparalel 5’-3’ sentezlenir.
GC AU ile eşleşir.
23
Promotordan sonlanma bölgesine kadar
uzanan DNA kısma transkripsiyon birimi denir.
RNA polimeraz tarafından sentezlenen ürüne
de primer transkript adı verilir.
Transkripsiyon birimi
Primer transkript
24
m-RNA SENTEZİ BASAMAKLARI
*DNA templatına RNA Polimerazın bağlanması
*Sentezin başlaması
*Zincir uzaması
•Sentezin tamamlanması
ve enzimin DNA dan
ayrılması (sonlanma)
25
Hem prokaryotlarda hem ökaryotlarda RNA molekülünde ilk ribonükleotid,
bir pürin ribonükleotididir.
RNA polimeraz DNA molekülü boyunca ilerlerken uygun bazlı
ribonükleotid trifosfatların kalıp kolun nükleotidlerine ulaşmasını sağlamak
için DNA heliksi 17 baz çifti kadar açılır
Sentezin başlaması: DNA transkripsiyonu yapılacak
genin genellikle başında bulunan ve o genin özel bir
bölgesine (Promotor) RNA polimerazın bağlanması ile
transkripsiyon başlar.
27
Uzama: Holoenzim bir kez promotor bölgeyi tanıyıp oturduktan
sonra transkripsiyona başlar ve sigma alt birimi enzimden ayrılır.
RNA polimeraz DNA polimeraz gibi bir primere gereksinim
göstermez. Ayrıca RNA polimerazın endo ve ekzonükleaz
aktivitesi yoktur. Bu nedenle DNA polimeraz gibi hataları
onarmaz.
28
RNA polimeraz ribinükleotidtrifosfatları kullanarak
uzayan zincire her bir nükleotid ilavesinde bir pirofasfat
açığa çıkar.
RNA polimeraz çift heliksin sarmalları arasında ilerlerken,
sarmalları bir miktar iter.
29
Sonlanma: Uzama işlemi sonlanma sinyaline kadar
devam eder.
30
Sonlanma iki şekilde olabilir.
Rho ile
Rho dan bağımsız sonlanma:
Saç tokası şekli ( palindromlar)
31
RNA’nın Posttranskripsiyonel Modifikasyonu
Transkripsiyon sonunda oluşan RNA’lar primer RNA’lar
diye adlandırılırlar ve genellikle hemen kullanılmazlar;
RNA processing diye tanımlanan bazı işlemlerden
geçtikten sonra işlev görebilecek olgun RNA’lar haline
gelirler
Ribonükleazlar (ribozom yapısında bazı proteinler,
ribozimler) nükleotitleri kopararak bu değişimleri
gerçekleştirir.
32
Ribozomal RNA;
Prokaryot ve ökaryotlarda ribozomal RNA
“preribozomal (45S) RNA” halinde
sentezlenirler.
Preribozomal RNA, RNAazlar ile kırılarak 28S,
18S ve 5.8S’lik ribozomal RNA kısımları oluşur.
33
Primer tRNA’nın işlenmesi, prokaryotlarda ve ökaryotlarda
birbirine benzer
Transfer RNA;
Uzun molekül halinde sentezlenir ve kısaltıldıktan sonra
Nükleotidiltransferaz enzimi aracılığı ile 3’ ucuna CCA dizini
eklenir
35
m RNA
Primer mRNA transkriptine heterojen nükleer RNA (hn mRNA) denir. Hn
mRNA’nın uğradığı modifikasyonlar ise;
*Poly A kuyruğu
*Başlık (7 metil guanozin)
*Exonların uzaklaştırılıp, intronların birleştirilmesi
İnaktif Primer RNA
(Het Nükleer RNA)
İşlevsel RNA
36
5’ ucunda şapka oluşumu;
7-metil guanozin mRNA’nın 5’ ucuna guaniltransferaz
enziminin katalizlediği reaksiyon ile eklenir-metil grubu
vericisi S-adenozil metionindir (SAM)
Şapka oluşumu protein sentezinin başlamasına yardımcı
olur.
Translasyonu hızlandırır. Şapkası olmayan ökaryatik mRNA ların translasyonu verimli olmaz.
37
•3’ Ucuna Poli A Eklenmesi;
3’ ucuna Poli A polimeraz ile 40-200 adenin nükleotidi
eklenir.
mRNA dayanıklılığını ve çekirdekten çıkış hızını arttırır.
Sitoplazmada zamanla kısalır.
38
İntron Uzaklaştırılması;
intron protein kodlamayan exon protein kodlayan
dizinlerdir.
İntronlar uzaklaştırılarak exonlar birleştirilir ve olgun mRNA
oluşur.
Küçük nükleer ribonükleoprotein yapısındaki proteinler
(snRNA) exon birleşmesini kolaylaştırır ve hızlandırır.
39
40
m-RNA sitoplazmaya geçer ve protein sentezini
gerçekleştirir.
(Leninger movie 1001-Transkripsiyon)
158701 mRNA
41
Çoğu kanser tedavisinde kullanılan bazı antibiyotikler transkripsiyonu
inhibe etmektedirler
Actinomycin D, prokaryotlarda ve ökaryotlarda, guanin bağlanması
üzerine etkilidir.
Daudonomycin ve distamycin A, prokaryotlarda ve ökaryotlarda, DNA
üzerine etkilidirler
Rifampicin, prokaryotlarda RNA polimeraz inhibitörüdür
 amanitin, ökaryotlarda RNA polimeraz inhibitörüdür
BAZI RNA TİPLERİ
Tip
Kısalltma
İşlev
Dağılım
Mesajcı RNA
mRNA
Protein Kod.
Tüm Canlılar
Ribozomal RNA
rRNA
Protein Sentezi
Tüm Canlılar
Taşıyıcı RNA
tRNA
Protein Sentezi
Tüm Canlılar
Ters Anlamlı RNA
aRNA
Gen Düzen.
Tüm Canlılar
Küçük enterfarnscı RNA
siRNA
Gen Düzen.
Çoğu Ökaryot
Mikro RNA
miRNA
Gen Düzen.
Çoğu Ökaryot
Küçük nükleer RNA
snRNA
Çeşitli
Ökaryot
Küçük nükleolar RNA
snoRNA
RNA'nın çekirdekte mod
Ökaryot
Ribonükleaz P
RNaz P
tRNA erginleşmesi
Tüm Canlılar
Ribonükleaz MRP
RNaz MRP
rRNA erginleşmesi, DNA rep
Ökaryotlar
Sinyal Tanıma Tanaciği
RNası
SRP RNA
Protein ihracı
Tüm canlılar
43
MikroRNA (miRNA)
•
1993, İlk miRNA Lee ve ark tarafından bitkilerde tanımlandı
•
2001, mi RNA terimi ilk olarak kullanıma girdi
•
miRNA'ların varlığı çeşitli bitki ve hayvanlarda teyid edilmiştir
•
MicroRNA lar türler arasında oldukça benzerlik gösterir
44
Genel Özellikler-1
• miRNA yaklaşık 21-23 nükleotid
uzunluğunda
• İnsan genomu 1000 miRNA kodlamaktadır
• Bir çok hücre tipinde bulunurlar ve farklı
hücrelerden farklı miRNA lar expresse
edilir
• Anormal miRNA üretimi çeşitli hastalıklar
ile bulunmuş olup miRNA tedavileri
araştırma aşamasındadır
45
Genel Özellikler-2
• Gen ifadesini transkripsiyon sonrası
düzenlerler
• miRNAlar hedef mRNA’ya tam ya da kısmi
şekilde bağlanarak mRNA’ların parçalanmasına
ya da protein üretiminin baskılanmasına yol
açarlar.
46
Genel Özellikler-3
• Kodlamayan RNA’lardandır
(DNA’dan transkripsiyonu
yapılan ama proteine çevrisi
yapılmayan genler tarafından
kodlanır.)
• Haberci “messenger”
RNA’lardan farklı olarak
protein sentezine neden
olmazlar.
• miRNA'lar kendilerini
tamamlayan bir grup proteinle
(mikroribonükleoproteinler =
miRNP) birlikte işlev görürler
47
Genel Özellikler-4
• Pri-miRNA olarak
adlandırılan primer
transkriptler işlenerek,
önce pre-miRNA (prekürsör)
adlı kısa sap-ilmik yapılarına,
sonra da fonksiyonel
miRNA'ya dönüşürler.
48
(Başlık)
1
(RNA Pol II)
(Primer Transkript)
(Poli A)
2
(Exportin-5)
3
(Prekürsör miRNa,
70 nükleotid, sap ilmik)
4
5
6
miRNA sentez Aşamaları
49
Bir miRNA bir veya daha çok mRNA'yı
tamamlayıcıdır (komplemanterdir)
• miRNA hedef mRNAdaki komplementerliğine göre;
– ya translasyonel represyona (protein çevirisini engeller)
– ya da hedef mRNAnın yıkılmasına (RNA interferansa benzer
50
bir süreçle) yol açar.
1. miRNA Transkripsiyonu ve primiRNA Oluşumu
• miRNa lar hem kendi
genleri hemde
intronlar tarafından
üretilirler
• Transkripsiyon
genellikle RNA Pol II
tarafından
gerçekleştirilir (Bazı
miRNA’lar RNA Pol
III)
• Transkripsiyon sonrası
oluşan ürün pri-miRNA
(Primer transkript)
olarak isimlendirilir
51
•
2.
Pre-miRNA
Oluşumu
Mikroişlemci protein kompleksi
("Microprocessor" complex )
• Drosha adlı nükleaz (Klass 2
RNase III enzim) ve Pasha adlı
çift iplikli RNA bağlayıcı protein
(insan DGCR8- DiGeorge
Syndrome Critical Region 8)
• Drosha kompleksi, RNA
molekülünü uç ilmikten yaklaşık 22
nükleotit uzaktan keser
• Oluşan ürün pre-miRNA
(Prekürsör miRNA), 70 nükleotid
• Bir pri-miRNA’dan 1-6 miRNA
oluşur
52
3. Nükleer Transport
• Nucleocytoplasmic shuttle Exportin-5
– Karyopherin ailesinden (importer, exporter)
– Enerji bağımlı olup, GTP (RanGTP) kullanır
53
5. miRNA oluşumu
• Sitoplazmaya transfer edilen miRNA Dicer ve partner protein
ile (Drosophila R2D2, insan TRBP) saç tokası yapısını keser
ve iki ipliği açar
54
6. miRISC (RNA Induced Silencing
Complex) Oluşumu
•
miRNARISC oluşumu
•
RISC, microRNA
ribonucleoprotein complex
(miRNP)
•
Nukleaz aktiviteli bir RNAmultiprotein kompleksidir
•
•
•
500 kDa
Yapısında endonukleaz,
eksonukleaz ve helikaz bulunur
55
RISC ; argonaute proteinleri
• Mi/siRNA’ya homoloji
gösteren mRNA’yı parçalar.
• mRNA’nın translasyonunu
inhibe ederek geni susturur
56
miRNA Fonksiyonları
• Gene ekspresyonun post-transkripsiyonal regülasyon,
• Metabolik regülasyon (miR-375 & insulin sekresyonu),
• Akçiğer, kasların, uzuvların morfogenezinde
• Tümör oluşumu,
• Konakçı-patojen etkileşimi (immünogenetik işlevi),
• Hücresel gelişim, Differansasyon, Proliferasyon,
• Apoptozis
57
miRNA Belirleme Yöntemleri
• real time RT-PCR Analiz
• Northern blot Analiz
• miRNA Mikroarray
58
miRNA ve Hastalıklar
• miRNA hücrelerin
normal bir çok
işlevinde görevli bir
molekül olduğu için
• miRNA’lardaki kusurlar
sonucu görevini yerine
getirememesi çeşitli
hastalıklara neden
olabilmektedir.
• MiRNA ların rol
oynadığı gösterilen
hastalıklar
• Kanser
• Kardiyovasküler
bozukluklar
• İnflamatuvar
hastalıklar
• İnfeksiyonlar
• Gelişimsel bozukluklar
• Musküler bozukluklar
• Nörodejeneratif
hastalıklar
59
miRNA ve KANSER
• Mir-103 ve 107 primer pankreatik tümörlerde artmış
ekspresyonu
• Mir-21, panreatik Ca (%80) benign tümörlere (%20)
daha fazla eksprese olduğu
• miR-143 ve miR-145 seviyeleri Kolon Ca ile bağlantılı
• miR-17-92; Akciğer kanseri
• Mir-13 ve miR-17; Lösemi
• Mir-1 ve 133 kardiyak hücre gelişimi, ve olgunlaşmasını
kontrol ettiği belirlendi
• miRNA’ların (mir-122 ve 92) geleneksel karaciğer serum
markerı olan ALT’den daha spesifik olduğu
60
KANSERİN ERKEN TANISINDA MOLEKÜLER
ALTYAPI LABORATUVARININ
OLUŞTURULMASI
(Bu proje Çukurova Kalkınma Ajansı ve MEÜ BAP
Tarafından Desteklenmektedir)
Bu projede Mersin ve Adana da yaşayan kanser riski
taşıyan gruplarda kanserin erken tanısı
İçin kullanılabilecek bir kanser belirteci olan mikroRNA
düzeylerinin incelenmesi hedeflenmektedir.
61
KORONER ARTER HASTALIKLARINDA miRNA
ların TANIDA ÖNEMİ
(Bu proje MEÜ Tıp Fakültesi ve Boston Üniversitesi
Tarafından Ortaklaşa Gerçekleştirilmektedir)
62
Sağlık Slaytları
http://hastaneciyiz.blogspot.com