Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

Transkript

1 * Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER

2 *2.Rekombinasyon *Rekombinasyonel mutasyonlarda iki tip rekombinasyon bulunur. Bunlardan ilki karşılıklı parça değişimini içeren krosing-over (Crossing over -Reciprocal recombination), diğeride karşılığı olmayan, gen değişimlerini (Gene conversion- nonreciprocal recombination) içerir. *Karşılıklı rekombinasyon, homolog kromozomlar arasındaki homolog sekansların da, bunlar arasında yer alan yeni dizilerinde değişimini içerir. *Karşılıklı olmayan, gen değişimlerini içeren rekombinasyonda ise kromozomda yer alan bir dizinin yer değiştirmesi değil genellikle kaybedilmesi ile ortaya çıkar. *Homolog rekombinasyonlar arasında gerçekleşen her iki rekombinasyonda da Holliday yapısı veya tutunma noktalarının (junctions) aracılık ettiği düşünülmektedir (Şekil 1,14).

3

4 *Homolog kromozomlar bu yeni düzenlemeden sonra heterosarmal haline gelir. *Holliday yapıları ile bu uyumsuz sarmal bağlanıp çözüldüğünde heterodubleksin içindeki yanlış eşleşmeler, hücresel onarım mekanizmaları tarafından enzimler vasıtasıyla tanınır ve kesilip çıkarılır. *Tamamlayıcı kolda bulunan diziye gore düzeltilir. DNA polimeraz boşluğu doldurur. DNA ligazda kesik uçları birleştirir. Böylece tamir tamamlanır (Şekil 1,15). *Homolog diziler arasındaki rekombinasyonlar ister crossingover ister gen değişimi şeklinde olsun yinede diğer mutasyon tiplerine nazaran daha küçük bölgelerde gerçekleşirler. *Burada dikkat çekici olan değişen dizinin kaç nükleotitten oluştuğu değil, bu değişiklikler bir defa olduğunda brbirini takip eder şekilde gerçekleşmesidir. *Bunların olmuşma sıklığı arttıkça rekombinasyon o kadar etkili olur. *Golding ve Ströbeck (1983) gibi bu duruma "varyasyon varyasyonu doğurur" demektedir.

5

6 *Delesyon ve İnsersiyon *DNA da oluşan mutasyonların bir diğer tipide insersiyon (ekleme) ve delesyon (çıkarma) mutasyonlarıdır. *Silinmeler ve eklenmeler, çeşitli mekanizmalarla oluşabilir. *Bu mekanizmalardan ilki, eşit olmayan krosingover (unequal crossing over) oluşmasıdır. *Bunu Şekil 1.16a da basit bir model ile gösterebiliriz. *Burada gerçekleşen herhangi bir kromozomun, bir DNA parçasının homoloğunda ki diğer karşılıklığı ile yer değiştirmesi sırasında, bir eksilir veya silinirse, iki kromozom arasındaki eşitlik, benzerlik sona erer. *Birbiri ardına (Tandem) gelen DNA segmentleri arasında oluşan kayma nedeniyle ve büyük olasılıkla eşit olmayan bir çaprazlama gerçekleşir (Şekil 1.16b).

7 *Başka bir mekanizma da intrastrand (şerit-arası slime), DNA ipliği içinde silinme mekanizmasıdır. *Bu bir çeşit bölgeye özel rekombinasyondur. Kromozom üzerinde yer alan, tekrar eden diziler yine krosingover sırasında kromozomlar arasında yer değiştirirler. *Bu şekilde aynı kromatidler üzerinde yer alan ve tekrarlayan diziler arasında ve bu dizilere özgün yeni bir düzenleme, rekombinasyon oluşur ve diğer bir değişle intrakromozomal (Kromozomlar arası) geçişler ortaya çıkar (Şekil 1.17). *Örneğin, Escherichia coli de kendiliğinden oluşan lac I geni mutasyonları intrastrand bir silinme ile ortaya çıkar. Buna göre iplikte yer alan benzer bölgelerin rekombinasyonu ile gende farklılıklar görülür. *DNA üzerinde yer alan hareketli (Transpoze), 5-9 bazlık, zaman zaman birbirini takip eden parçaların birbirleri arasında yeniden organizasyonu, rekombinasyonu da yine intrastrand mekanizma içerisinde yer alır.

8

9 *Benzer şekilde, intrastrand silinme DNA da yer alan ve ard arda gelen diğer tekrar eden ve uydu yapısında ki birimleride kapsar.

10 *Üçüncü bir mekanizma çoğaltma aşamasında ortaya çıkan kaymalar (replication slippage) veya kayma esnasında iplikcik kayıpları (Slipped-strand mispairing) dır. *Bu olaylar kısa tekrar eden DNA dizileri olan bölgelerde meydana gelir. *Bu durum Şekil 1.18a da görüldüğü gibi şematize edilebilir.

11

12 *Şekil 1.18a da DNA çoğaltma sırasında, birbirine komşu ve tekrar eden çiftler arasında kayıpların oluşması gösterilmektedir. *Bu kayma sırasında bu DNA segmentinde hem dizi silinmesi hemde çoğaltılması aynı anda olabilir. *Bu durum kayma hadisesinin 5-3 veya ters iplikcikte olması ile bağlantılıdır. *Şekil 1.18b de de replikatif olmayan iplik üzerinde gerçekleşen, iplikte kayma ile oluşan kayıplar şematize edilmiştir.

13

14 *DNA ipliğinde görülen eksilme-silinme ve eklenmeler toplu halde hareket eden indellerden (eklenen ya da silinen kısa tekrar eden parçalar) bahsedilir. *Çünkü DNA yı oluşturan iplikler birbirinin tamamlayıcısıdır. *Dolayısıyla iki sekanstan birinde meydana gelen bir eksilme ve eklenme tamamlayıcı olan diğer ipliğide etkiler. *Bu aşamada eksilen veya eklenen nükleotidlerin sayısına bağlı olarak (Burada bahsedilen nükleotid bir ya da birkaç bin nükleotit olabilir) DNA üzerindeki etkisi ve uzunluğu değişmektedir. *İndellerin uzunlukları esas alınarak bir model örneklemesi yapılamaya çalışılmıştır.

15 *Buna göre nükleoitten fazla sayıda birim içeren indellerde DNA replikasyon sürecinde hataların ve yanlış çiftleşmelerin en fazla görüldüğü belirlenmiştir. *Çok daha uzun dizilerde görülen bu kaymalar ise bölgeye - spesifik rekombinasyonlar, DNA aktarılmasında veya yatay gen transferinde ortaya çıkan uzun eklenmeleri veya silmeleri, dolayısıyla çok daha büyük hataları ortaya çıkarmaktadır. *DNA üzerinde yer alan bu kaymalarda bir veya daha çok nükleotidin kayması dizinin yanlış okunmasına dolayısıyla bir indel okuma çerçevesi kaymasına neden olur.

16 *Böyle bir mutasyon, çerçeve kayması mutasyonu (Frameshift mutation) olarak bilinir. *Bunun sonuçunda indeller bir veya daha çok sayıda amino asit değişikliğine yol açabilirler (Şekil 1.19). *Bunun sonucunda da oluşacak proteinde terminal uzama kodonu yok olabilir veya anormal uzunlukta bir protein şekillenebilir veya yeni bir durdurma kodonu meydana getirebilir.

17

18 *İnversiyon *DNA nın yeniden düzenlenmesini sağlayan birbirine zıt iki aşamalı bir işleyiştir. *Buna gore: (1) Kromozom üzerinde bir kırılma ve katılım olur veya * (2) Krosingover sırasında birbirine homolog kromozom bölgeleri arasında kopmalardan sonra eklenme aşamasında zıt yönlü bağlanmalarla ortaya çıkar (Şekil 1.20). *Bilinen inversiyonların büyük bir çoğunluğu, genellikle, yüzlerce veya binlerce nükleotit uzunluğunda DNA parçalarını içerir.

19

20 *Mutasyon Oranları *Mutasyon oranlarını doğrudan belirlemek oldukça zordur. Bunun nedeni mutasyonların kendi kendine ve rastgele ortaya çıkmasıdır. *Ancak tahminler yapılabilir ve bu durumda sadece birkaç tip muatsyon tipi ile sınırlıdır (Drake ve ark. 1998). *Bu nedenle mutasyon oranları ancak indirekt yöntemlerle ve yalancı genler üzerinde tespit edilme oranlarına bağlı olarak tahmin edilebilir. *Li ve arkadaşları (1985a) ve Kondrashov ve Crow (1993) çalışmaları, memelilerde mutasyon oranlarının, tahmini olarak, nükleotid bölgeleri başına yılda 3 ila 5 x 10 9 civarında nükleotid değişikliğini içerdiğini göstermektedir. *Ancak bu mutasyon oranı mutasyonun gerçekleştiği genomik bölgenin yerine bağlı olarak çok değişir. *Örneğin; insanda mikrosatellitler üzerinde ekleme ve silme oranlarının 10 3 den daha büyük olduğu tahmin edilmiştir (Brinkmann et al. 1998).

21 *Memeli mitokondriyal DNA mutasyonlarında bu oranın, ortalama, beklenen nüklear orandan, en az 10 kat daha yüksek olduğu rapor edilmiştir (Brown et al. 1982). *Benzer şekilde, RNA virüslerinde bu oranan tamamen farklıdır. *Bunun sebebi bu tip virüslere görülen hata eğilimli polimerazların varlığı ve hata onarımının olamamasıdır. *Bu nedenle, bu tip virüslerde, DNA mutasyon oranından çok daha hızlı ve etkili sonuçlar ortaya çıkaran mutasyonlar gerçekleşir. *Gojobori ve Yokoyama (1985) yaptığı bir çalışmada, İnfluenza A virüsü ve Moloney murin sarkoma virüsünde görülen, 10 2 nükleotitte bir karşılaşılan yıllık mutasyon oranlarının, omurgalıların nüklear DNA sı içinde aynı miktardaki nükleotit sayısında karşılaşılandan, yaklaşık kat daha fazla olduğunu bildirmişlerdir.

22 *Benzer şekilde Rous sarcoma virüsü üzerinde yapılan bir çalışmada, mutasyon oranları vertebrat DNA sı üzerinde rastlanan oranlardan çok daha yüksek çıkmıştır. *Buna gore yapılan çalışmada 9 mutasyon bölgesi için modelize edilen replikasyonda, mutasyon oranı yılda 1.4 x 10 4 nükleotit olarak hesaplanmıştır (Leider et al. 1988). *Delesyon, insersiyon, rekombinasyon ve inversiyon için mutasyon oranlarının tahmini belirlenmesine yönelik literatür bilgisi de son derece sınırlı sayıda kalmıştır (Sommer 1995)

23 *Mutasyonlar mekansal dağılımı *Mutasyonlar genom boyunca rastgele meydana gelmezler. *Bazı bölgeler diğerlerinden daha mutasyona daha yatkındır ve bunlar mutasyon noktaları olarak adlandırılır. *Böyle bir sıcak nokta 5'- CG -3', sitozin-guanin (genellikle CpG olarak gösterilir) dinükleotit yapısıdır. *Bu bölgelerdeki sitozin sıklıkla metillenmeye yatkındır ve böylece bu bölgeler sıklıkla 5'- TG- 3, timin-guanin dinükleotidine dönüşür. *Diğer bir sıcak mutasyon bölgesi prokaryotlarda sıklıkla görülen ve ökaryotlarda sık görülmeyen, yakın timin nükleotitlerinin bulunduğu bölgelerdir. *Buralarda 5' - TT - 3' dinükleotitleri oluşur.

24 *Kısa palindromik özellik taşıyan DNA sıralarının (yani doğrudan veya tersten okunduğunda tamamlayıcı dizilime sahip, ayna görüntülü bölgelerin, Ör: 5'- GCCGGC -3 ', 5'- GGCGCC - 3' ve 5'- GGGCCC - 3' gibi) daha fazla hata yapma eğilimli olduğu dolayısıyla mutasyona daha yatkın olduğu bulunmuştur. *Ökaryotik genomları içinde, hata eğilimli bölgeler kısa ve rastgele tekrar eden bölgelerdir. *Bu bölgeler genellikle delesyon ve insersiyon için sıcak noktalar olarak kabul edilir. *Sola doğru sarmal yapan, Z-DNA da bu sıcak noktalar genellikle yanyana bulunan, tekrar eden GC ve AT dinükleotidlerini içeren bölgelerdir. *Burada görülen hata eğilimi ise GT dinükleotidi gibi pürin - pirimidin alternative dimer yapısının şekillenmesi ile sonuçlanır (Freund et al. 1989).

25 *Mutasyon Motifleri *Doğrudan oluşan mutasyon aslında çokta rastgele ortaya çıkan mutasyonlar değildir. *Buna göre hayvan nüklear DNA sında yapılan çalışmalarda ortaya çıkan mutasyonların %60-70 civarında zincirler arasında gerçekleşen ve birbirine yakın ve özel bölgelerde olduğu, yani transversiyonlar üzerinde oluştuğu, rastgele mutasyonların ise rastgele bölgelerde sadece% 33 civarında olduğu düşünülmektedir. *Böylece hayvan nükleer genomlarda, geçiş mutasyonlarının yaklaşık iki kat sıklıkla transversiyonlar da olarak ortaya çıktığı tahmin edilmektedir. *Hayvan mitokondriyal genomları içinde, transversiyonlar için geçişlidir oranı yaklaşık %15-20 olarak düşünülmektedir. *Bazı nükleotidler diğerlerine göre daha değişmeye yatkın bulunmuştur. *Örneğin, memelilerin nükleer DNA sında yer alan G ve C, A ve T den daha sıklıkla mutasyona eğilim gösterir.

26 *Mutasyonlar rastgele mi oluşur? *Mutasyonların sıklıkla meydana geldiğini söyledik. *Burada soru Mutasyonlar rastgele mi oluşur? olmalıdır. *Aslında anlatılmaya çalışıldığı gibi mutasyonlar genomik konumu açısından rastgele meydana gelmez ve herzamanda eşit sıklıkta ortaya çıkmaz. *Aslında rastgele olduğu düşünülen, mutasyonların onları taşıyan organizmanın hayatta kalması üzerine etkisinin ne olduğudur. *Bu, oluşan herhangi bir mutasyonun, o canlıya ne kadar avantaj kazandırdığı ya da kaybettirdiği ile ilgilidir.

27 *KULLANILAN KAYNAKLAR * 1 Fundamentals of Molecular Evolution (2000) Dan Graur and Wen-Hsiung Li Sinauer Associates, Inc.,Publishers. Sunderland, MA, USA.