GEN EKSPRESYONUNUN KONTROLÜ Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER
Gen Ekspresyonun Kontrolü Kontrol genellikle transkripsiyon başlangıç düzeyinde gerçekleşir. Transkripsiyonda düzenleyici proteinler tarafından RNA polimerazın promotöre bağlanması kontrol edilir. Bu ya transkripsiyonun engellenmesi (=bloke edilmesi) ile veya teşvik edilmesi ile gerçekleşir. Prokaryotlarda kontrol stratejileri çevresel değişikliklere göre ayarlanır (Şekil 18.2). Ökaryotlarda ki kontrol stratejileri ise homeostazisi korumayı hedefler (Şekil 18.6).
Düzenleyici Proteinler Proteinler DNA ile büyük girinti (oyuk, oluk, çöküntü) yoluyla etkileşime girebilirler. Bir DNA çift sarmalında önemli bir büyük oyuk ve bir küçük oyuk görülür. Büyük oyuk üzerinde düzenleyici proteinler bulunur. DNA-bağlanabilen alt birimler özel DNA dizileri ile etkileşim içindedir. Düzenleyici proteinlerin bir bölgesi, DNA ya bağlanabilir. Bu bölge DNA-bağlayıcı motif olarak adlandırılır (Şekil 16.2).
Birkaç yaygın rastlanan DNA-bağlayıcı motifi birçok protein tarafından paylaşılır (Bakınız Şekil). Yaygın motiflere şöyle bir göz atarsak bunlar arasında en sık rastlananlar; sarmaldönüş-sarmal (helix-turn-helix) motifi, Homeodomain motifi, çinko parmak motifi (zinc finger motif), ve lösin fermuarı (leucine zipper) motifidir.
Prokaryotik Düzenleme Transkripsiyon kontrolü pozitif veya negatif olabilir. Negatif kontrol proteinlerinin aracılık ettiği baskılayıcılar adını alan bu proteinler transkripsiyon engelleyebilir. Pozitif kontrolde aracılık eden düzenleyici proteinler sınıfı ise transkripsiyonu teşvik eden veya uyaran aktivatörler adını alır. Prokaryotlar için gen ekspresyonu çevre koşullarına göre ayarlanır. Genel olarak ortamda istenen madde varsa üretim baskılanır yoksa, üretim gerçekleşir. Buna örnek olarak triptofan üretimi verilebilir. Triptofan ın (Trp) mevcut olduğu durumlarda, yani ortamda yeteri kadar triptofan varsa trp operonu bastırılır/baskılanır ve triptofan üretimi kapatılır-durdurulur.
Triptofan için, trp operonu trp represörü tarafından kontrol edilir. Triptofan varlığı trp operonunu baskılar. Burada triptofan bir ko-represör gibi davranıp, represöre bağlanır. Bu bağlanma için onun konformasyonunu öyle değiştirir ki DNA ve operon bölgeyi kapatır. Bu önlem trp varlığında aşırı ifade edilmeyi önler (Şekil 18.3).
Prokaryotik Gen Düzenlenmesinin Negatif Kontrolü Laktoz düzenleyicisi lac operonu ise negatif etkili (Baskılıyıcı etkisi olan) lac represörü tarafından düzenlenir. Bu lac operonun tetikleyici etkisi (efector) baskılıyıcıya/baskılıyıcılara (allolactose) bağlamasını indükler. Aksi takdirde repressör, DNA ya bağlanır ve onun konformasyon değiştirir (Şekil 18.4). Bunun anlamı lac operonu laktoz varlığında meydana gelir, yani sadece laktozun mevcut olduğu durumlarda laktozu kullanmak için gerekli enzim/enzimler üretilir.
Prokaryotik Gen Düzenlenmesinin Pozitif Kontrolü Glikoz varlığı lac operon indüksiyonu önler. Maksimum düzeyde lac operonun ifade edilmesi katabolite aktivatör proteinlerinin (CAP), camp ile kompleks oluşturması aracılığıyla pozitif kontrolünü gerektirir. Şekeriniz (glikoz) düşük olduğun da camp yüksektir. Glikoz baskılanmasında hem indükleyici proteinler bulunur, laktoz hücreye girer; hem de glikoz düzeyi CAP lerin fonksiyonuyla kontrol altında tutulur (Şekil 18.5).
Ökaryotik Düzenleme Transkripsiyon faktörleri ya genel ya da özel olabilir (Şekil 18.6). Genel transkripsiyon faktörlerinin çalışması için gerekli olan transkripsiyon bileşenleri işe RNA polimeraz II nin promotoru ile başlar. Özel faktörlerin doku veya zamana bağımlı bir şekilde hareket etmeleri transkripsiyon oranının daha yükseltmesini teşvik eder. Promotorlar ve transkripsiyon arttırıcı faktörler (enhancers) için bağlanacak bölgeler vardır. Genel faktörler işe RNA polimerazı promotora bağlamakla başlar. Özel faktörler ise tetikleyicilere (enhancers) bağlanırlar. Bunlar promotordan uzakta olmalarına karşın DNA daki ilmeğin yakınında yer alırlar.
Ko-aktivatörler ve RNA polimeraz II transkripsiyon faktörleri aracılarının bağlantıları (Şekil 16.12). Transkripsiyon faktörlerinden çoğu ama hepsi değil, bağlanmak için aracılara ihtiyaç duyarlar. Bu işi yapan aracılara koaktivatörler denir. Bunların sayısı az, küçük yapılardır. Tek bir koaktivatör olabilir, çünkü koaktivatörler çok sayıda transkripsiyon faktörleri ile beraber kullanılabilirler. Transkripsiyon kompleksleri farklı birimleri bir araya getirir.
Ökaryotik Kromatin Yapısı Ökaryotlarda DNA, histon denilen protein sarılmıştır ve bu nükleozom denilen yapıyı oluşturur (Şekil 18.7). Bu yapının oluşması transkripsiyonda bağlanan birimlerden promotorlar ve enhanserlar ile engellenebilir (Şekil 18.10). DNA ve histon proteinleri modifikasyona uğrayabilir (değişebilir). DNA bazlarının metilasyonunda öncelikle sitozin etkilenir ve gen ile ilişkili "kapalı" olarak gözlenir. Diğer bir değişle DNA metilasyonunda ilk sitozin bazı metillenir ve kapanır. Metilasyon inaktif kromatin bölgeleri ile ilişkilidir.
Bazı transkripsiyon aktivatörleri kromatin yapısını değiştirir (Şekil 18.9). Histonların asetilasyonu kromatinin aktif bölgelerinde olur. Kromatinin yeniden modellenmiş (Chromatin-remodeling) komplekslerini, kromatin yapısına bağlı olarak yapabilirsiniz. Kromatin-remodeling kompleksleri, enzimler taşır. Bu enzimler kromatinde hareketi, yeniden konumlandırmayı ve nükleozom transferini gerçekleştirebilir.
Ökaryotik Posttranskripsiyonel Düzenleme Küçük RNA'lar transkripsiyondan sonra gen ifadesini kontrol etmek için kullanılırlar. RNA interferansı (karışması) sirna'lar aracılığıyla DNA nın çift ipliğinin ayrılması ve zar (Dicer) nükleazlar yardımıyla ayrı tutulması ile gerçekleşir. SiRNA lar bir protein olan argonata bağlanır. Bu protein (=argonaute) RNA susturucu kompleks (RNA Induced Silencing Complex=RISC) içinde yer alır. RISC, mrna dan ayrılabilir veya translasyonu inhibe edebilir. Başka bir küçük RNA sınıfı mirna dır, iki nükleaz Drosha ve Dicer nükleazlar ile oluşturulan RNA kök-ve-ilmek yapıları üzerinde hareket eder. Bu RISC in bir formu olmasına rağmen ya mrna yı degrade eder yada translasyonu durdurur.
Küçük RNA'lar heterokromatin oluşumuna aracılık yapabilir. Mayalarda, Drosophilada ve bitkilerde RNA nın heterokromatinin oluşumuna yol açan yolaklarda görev aldığı gösterilmiştir. Alternatif kırpılma (=alternatif splicing) bir genin birden fazla protein üretmesini sağlayabilir. Dokuya özel faktörlerin cevaplarında alternatif premrna kırpılmasına yanıt olarak, bir genin birden fazla protein üretmesine neden olabilir. Transkripsiyon sonrasında RNA düzenlenmesi ile mrna değişir ve yeniden düzenlenir (Şekil 18.8). mrna çeviri (=translasyon) için çekirdeğin dışına taşınmalıdır.
Çevirinin başlatılması kontrol edilebilir. Çeviri faktörleri kontrol başlangıcında modifiye olabilir; translasyon baskılıyıcı proteinler transkript başlangıcında bağlanabilir. Böylece onun ribozoma bağlanmaması sağlanabilir. mrna da bozulma kontrol edilir. Bir mrna transkripti (çevirisi) nispeten istikrarlıdır, ancak enzimler için hedef olabilir, bu nedenle hücre tarafından daha hızlı bir şekilde parçalanır.
Proteinlerin Parçalanması Ubikitin proteine eklenmesi, proteinlerin parçalanması için işaret oluşturur. Ökaryotlarda proteinlerin yıkımı için ubikitin eklenmesi onları parçalanma hedefi olarak işaretlenmesi anlamına gelir. Proteaozom polyubikutin içeren proteinleri parçalar. Bir hücre organeli olan -silindirik proteazomlar- ubikitin içeren proteinleri içinde parçalar.
Kaynaklar Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Unit 3, Part:18, p: 360-370 Pearson Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco, CA 94111. Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer, Chapter 15, p:304-326. The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020.