DNA ONARIMI VE MUTASYON Merve Tuzlakoğlu Öztürk Bakteri genetiği dersi Sunum-2 18.11.2005
*DNA nın dölden döle değişmeden aktarımı için 2 süreç önemlidir: DNA ONARIMI 1. Replikasyon sürecinin doğru yapılması 2. Onarım *Onarım, DNA ya özgü bir yetenektir. DNA daki değişiklikler; 1.Bazlarda meydana gelebilir. Bu tür değişiklikler tüm yapıyı, replikasyonu ve transkripsiyonu genellikle etkilemez ama mutasyona yol açabilir. 2. Yapısal kırılma ve bozulmalar. Replikasyon ve transkripsiyona fiziksel bir engel oluşturabilir.
ONARIM SİSTEMLERİ Doğrudan onarım Kesip çıkarma onarımı Yanlış eşleşmelerin düzeltilmesi Replikasyon sonrası onarım SOS
Doğrudan onarım Zararın ortadan kaldırılması şeklindedir. Enzimler yardımıyla gerçekleşir. Örnek olarak fotoreaktivasyon (işi yapan enzim fotoliyaz) verilebilir. DNA daki zarar görmüş parçanın çıkarılıp yerine yeni sentezlenen bir parçanın eklenmesi şeklindedir. Çok basamaklı enzimatik bir süreçtir. Bu tür onarımların % 99 u kısa parçaların, % 1 i büyük parçaların (~1500 nükleotitlik) onarımını kapsar.
Kesip çıkarma onarımı Zararı tanıma (endonükleaz) Kesip çıkarma ( 5 3 eksonükleaz) Yeni parçanın sentezi ( DNA polimeraz) Yeni parçanın zincire eklenmesi/bağlanması ( DNA ligaz)
Doğrudan onarım
Yanlış eşleşmeleri düzeltme onarımı (mismatch repair) Replikasyon sırasında oluşan yanlış eşleşmelerin replikasyon sonrası yok edilmesidir. ~1000-2000 nükleotitlik bir bölgeyi onarabilir. E.coli de muth, mutl ve muts genleri tarafından kodlanan enzimler bu tür onarımda görevlidir.
Yanlış eşleşmeleri düzeltme onarımı (mismatch repair)
Yanlış eşleşmeleri düzeltme onarımı (mismatch repair) A) Metillenmemiş GATC mutasyonun 5 ucunda ise B) Metillenmemiş GATC mutasyonun 3 ucunda ise
Replikasyon sonrası (rekombinasyon) onarım DNA polimerazın onarımda kullanabileceği tamamlayıcı bir zincir bulunmadığı durumlarda geçerlidir. - Genellikle yavru DNA parçalarından biri kalıp olarak kullanılır. - Rekombinasyon yoluyla gerçekleşir. reca geni
Replikasyon sonrası (rekombinasyon) onarım
SOS onarımı E.coli ve benzeri bakterilerde bulunan karmaşık bir süreçtir. DNA sentezini durduracak kadar şiddetli zararlarda çalışmaya başlar. SOS cevap: reca LexA represörü (SOS genlerinin anlatımını engeller) - uvra, uvrb, uvrc, uvrd, sula genlerinin anlatım yapması, - ssb, uvrd hina nın DNA sentezine katılan proteinleri şifrelemesi, - din genleri (işlevi bilinmiyor).
Hataya eğilimli onarım Hücrenin en son başvurduğu sistemdir. Doğrudan onarım için kalıp bulunmadığından hatalıda olsa bir bazın uzayan zincire girmesi ve replikasyonun devam ettirilmesi şeklindedir. by pass umuc ve umud genleri Sonucunda mutasyon olasılığı yüksek
MUTASYON Genomik DNA nın ( RNA virüsleri için genomik RNA) nükleotit dizisindeki kalıtsal değişikliklere mutasyon denir. Bir ya da birden fazla karakterdeki değişiklikle meydana gelir. Mutasyonlar; - kalıtsaldır, - doğada ender olarak meydana gelir, - canlılarda çeşitliliğe yol açar. Mutasyona uğramış bir gen / hücre / birey mutant olarak adlandırılır.
Mutasyon çeşitleri Biyokimyasal mutasyonlar Büyüme, gelişme ve üreme ile ilgili bir ya da birden fazla molekülü meydana getirme yeteneğini etkileyen mutasyonlardır. Ör: Fenil ketanuria Direnç ya da bağımlılığa neden olan mutasyonlar Zararlı/öldürücü etkenlere karşı organizmanın dirençli hale gelmesidir. Özellikle mikroorganizmalarda görülür. Ör: E.coli nin streptomisine direnç kazanması Öldürücü mutasyonlar -Doğrudan öldüren ya da üremeyi engelleyen ( genetik ölüm) mutasyonlardır. - null mutasyon olarak da adlandırılır. Not: Bir gen işlevini tamamen kaybetmişse yani proteinini oluşturamıyorsa null gen olarak tanımlanır.
Mutasyon Kromozomal Sayı değişimleri Yapı değişimleri Kromozom takımlarında Kromozomlarda delesyon, artma ( poliploidi) ya da duplikasyon, inversiyon ve azalma (monoploidi) ile translokasyon sonucu oluşan mutasyonlardır. ortaya çıkar. Gen - Genin yapısını oluşturan nükleotitlerin sayı, oran veya sıralamasında meydana gelen değişimlerdir. - Bu değişiklikler sonucunda genin ürünü değişir - Fenotipte değişiklik olabilir. Hatta öldürücü olabilir. - Buna karşın saptanamayacak bir kusura yol açabilir ( sessiz mutasyon). Fenotipte kalıcı değişimler ortaya çıkar.
Mutasyonların moleküler temeli Baz çifti değişimleri Kodon kayması Geçiş tipi ( transizyon) mutasyonları Pürin Pürin Pirimidin Pirimidin Çapraz tipte ( transversiyon) mutasyonlar Pürin Pirimidin Pirimidin Pürin Delesyon Bir baz çiftinin çıkması İnsersiyon Yapıya yeni bir baz çiftinin eklenmesi
Baz çifti değişimleri 2 şekilde olur: 1. Geçici değişimler: *1. ve 6. pozisyondaki atomların kararlı olmayan farklı bir pozisyona geçmesi sonucu bazların eşleşme özellikleri değişebilir. *Böylece bir pürin ile bir pirimidin eşleşme yapabilir. 2. Kalıcı değişimler: *DNA da ki bir bazın devamlı bir yapısal değişimiyle olur: - Bazın kimyasal yapısı değişebilir (yanlış eşleşmeye yol açar). - Bir bazın yerini başka bir baz alabilir (etkisi birkaç replikasyon döngüsünden sonra ortaya çıkar). ÖNEMLİ NOT: *Tek bir baz çiftinin değişmesiyle genin ürünü her zaman değişmez. *Genetik kod da bir amino asiti birden fazla kodon şifreler. *Eğer değişim sonucu yine aynı amino asiti kodlayan bir kodon oluşuyorsa (sessiz mutasyon) değişiklik kendini belli etmez.
ÖNEMLİ NOTLAR *Tek bir baz çiftinin değişmesiyle genin ürünü her zaman değişmez. *Genetik kod da bir amino asiti birden fazla kodon şifreler. *Eğer değişim sonucu yine aynı amino asiti kodlayan bir kodon oluşuyorsa (sessiz mutasyon) değişiklik kendini belli etmez. *Eğer bu tür bir mutasyon başka bir amino asiti kodlayan kodon *Oluşturuyorsa genellikle tek bir amino asit değişimi, eğer kritik bir pozisyonda değilse proteinin ikincil ve üçüncül yapısını etkilemez.
Mutasyonlar alansal olarak: 1. Nokta mutasyonları: Tek bir baz çiftinin değişmesiyle oluşur. 2. Büyük mutasyonlar: Çok sayıdaki nükleotidin sayı ve sırasını etkileyen, büyük delesyon ve insersiyon ya da parça değişimleri sonucu ortaya çıkar. Sonucunda genellikle genin ya da nadir olarak birden fazla genin yapısı bozulabilir. Dolayısıyla genin ürünü olan protein de etkilenebilir.
Mutasyona Yol Açan Faktörler Kendiliğinden meydana gelen mutasyonlar: *Hücrelerde, normal yaşamları sırasında, belli bir dış etki olmaksızın mutasyonlar meydana gelebilir. *Ancak bunların olasılığı çok düşüktür (10-5 -10-10 ). İndüklenmiş mutasyonlar: *Bu tip mutasyonlar mutagenler ile meydana gelir. *Meydana gelme olasılığı 10-2 dir.
İndüklenmiş Mutasyonlar 1) Baz analoğu mutasyonları: DNA daki bazlara çok benzeyen moleküller olan baz analoglarının replikasyon sırasında yapıya girmesi sonucu yanlış baz eşleşmelerine yol açmasıyla oluşur. *ÖR: 5-Bromo urasil (timin analoğu), AZT
5-Bromo urasil tarafından gerçekleştirilen yanlış eşleşme mutasyonu
2) Kimyasal mutagenlerle oluşan mutasyonlar: A) Çerçeve kaymasına yol açan mutagenlerle oluşan mutasyonlar: *Aromatik moleküller olan akridin boyaları. *Bu boyalar DNA da en az 20 bazlık delesyon ya da insersiyon meydana getirir. B) Bazların yapısını değiştiren mutagenlerle: *Bu tür mutasyona yol açan maddeler arasında Nitroz asiti, Hidroksil amin ve alkilleyici maddeler bulunmaktadır. 3) Fiziksel mutagenlerle oluşan mutasyonlar: *Bu tür mutasyona yol açan faktörler; sıcaklık, manyetik alan, elektriksel alan, UV, x, γ proton, nötron ışınları.
A)Timin dimeri oluşumunun yapısal gösterimi. B) İki timinin yan yana gelmesi sonucu oluşan dimerin DNA heliksinde ortaya çıkardığı bozukluk/çarpıklık
A)Baz analogları örnekleri, B)Mutasyona yol açan intercalating ajanlara örnekler
Ames testi Bruce Ames tarafından geliştirilmiştir. Oldukça duyarlı, temeli geri mutasyon frekansını saptamaya dayalı bir testtir. Bir maddenin mutajen olup olmadığının saptamak için kullanılır. Ayrıca ilaç geliştirmede yaygın olarak kullanılmaktadır.
AMES testi
Replica-plating Mutantların belirlenmesi için geliştirimiş bir tekniktir.
KAYNAKLAR MBG 615 Bakteri Genetiği Dersi Notları ve Öğrenci Sunumları Brock Biology of Microorganisms, 13th Edition 2012; Madigan M.T., Martinko J.M, Dunlap P.V., Clark D.P.,Pearson Benjamin Cummings,1301 Sansome Street,San Francisco, CA 94111