gen mutasyonu - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/genetik ve biyotek/4... · değiimler...
TRANSCRIPT
DNA, Kromozom Mutasyonları ve KanserASLI SADE MEMİŞOĞLU
Konular1. Gen Mutasyonu
2. Kromozom mutasyonları
1. Gen mutasyonu
Konular
1. Gen mutasyonlarının sınıflandırılması
2. Kendiliğinden oluşan mutasyonlar sebepleri
3. Tetiklenmiş mutasyonların sebepleri
4. Mutasyon tanısı
5. Mutasyonların araştırmalarda kullanımı
5
Mutasyon, DNA dizisindeki değişiklik olarak tanımlanabilir.
Mutasyon:
Tek bir baz çifti değişiminden,
Bir veya daha fazla baz çiftinin silinme ya daeklenmesinden oluşabilir.
1.1. Mutasyonların sınıflandırılması
6
Mutasyonlar fenotipte değişikliğe yol açabilir ya da açmayabilir.
Organizmanın özelliklerini değiştirme derecesi, mutasyonun nerede olduğuna ve mutasyonun geni ne denli değiştirdiğine bağlıdır.
Mutasyonlar somatik hücrelerde ya da eşey hücrelerinde olabilir.
Eşey hücrelerinde olanlar kalıtılır ve bu sebeple, genetik çeşitlilik ve evrimin de temelini oluşturur.
1.1. Mutasyonların sınıflandırılması
7
Mutasyonlar, kendiliğinden ya da tetiklenmiş olarak sınıflandırılabilir
Kendiliğinden mutasyon genlerin nükleotid dizilerindeki rastgele değişikliktir.
Bu duruma herhangi bir dış etken sebep olmaz
Hücre içi biyolojik ve kimyasal tepkimeler sonucu oluşur
Genellikle DNA eşlenmesi (replikasyonu) sırasında oluşan hatalardır.
1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar
8
1. DNA eşlenmesi hataları DNA polimerazlar eşlenme hatalarının çoğunu yapılarında
bulunan 3’-5’ yönünde çalışan ekzonükleazlarını kullanarak düzeltebilmelerine karşın,
Yanlış girmiş nükleotitler eşlenmeden sonra kalabilirler.
Bu hatalar ağırlıklı olarak nokta mutasyonlarına yol açar.
Nokta mutasyonlarına ek olarak, DNA eşlenmesi, küçük eklenme ve silinmelere neden olabilir.
Eşlenme sırasında polimerazın kayması
1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar
9
2. Pürin eksilmesi
Çift sarmal DNA’daki azotlu bazlardan birinin kaybolması durumudur.
Genellikle pürinlerde meydana gelir (adenin veya guanin).
Binlercesi memeli hücrelerinde bir günde oluşur
AP bölgesi onarılmazsa DNA eşlenmesi sırasında kalıp rolü oynayacak hiçbir baz bulunmayacaktır.
Sonuçta DNA polimeraz, bu bölgedeki nükleotitleri rastgele yerleştirebilir.
1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar
10
3. Amin eksilmesi
Adenin ve sitozindeki bir amino grubunun keto grubuna dönüşmesidir.
Eşlenme sırasında her iki molekülün de baz eşleşmeözellikleri değişmiş olur.
Kendiliğinden ya da nitröz asit(HNO2) gibi kimyasal mutajenlerle muamele sonucu oluşabilir.
1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar
11
4. Oksidatif hasar
Hücrelerde, normal oksijenli solunum sırasında reaktif oksijentürleri oluşur.
Bu radikaller (süperoksitler, hidroksil radikalleri, hidrojen peroksitvb.), DNA’nın yapısal bütünlüğü için tehdit oluşturur.
Bu maddeler, yüksek enerjili radyasyon sonucunda da oluşabilir.
DNA’daki bazlar üzerinde 100’den fazla farklı tip kimyasal değişiklikoluşturabilirler.
1.1.1 Kendiliğinden oluşan mutasyonlar
12
Tetiklenmiş mutasyon, herhangi bir dış faktörün etkisi sonucu oluşan mutasyonlardır.
Doğal ya da yapay ajanlar sonucu oluşabilir.
Ör: UV ışınlar, kimyasallar
Her tür mutasyon rastgele oluşur. Bilinçli bir olay değildir!!!
1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar
13
Yaşadığımız çevrede bol miktarda mutajen bulunmaktadır.
Doğal mutajenler;
Mantar toksinleri
Kozmik ışınlar
UV ışınları vb’dir.
Yapay mutajenler ise;
Endüstriyel kirleticiler,
Tıbbi X ışınları
Sigara dumanındaki kimyasallar vb’dir
1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar
Nükleik asit biyosentezi sırasında pürin ya da pirimidinlerin yerinegeçebilen mutajenik kimyasallardır.
5 bromourasil (5-BU), timin yerine DNA’ya girebilir.
adenin yerine guanin ile eşleşecektir
14
1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar
1. Baz Analogları
I. Dünya Savaşı’nda keşfedilen kükürt içeren hardal gazı alkilleyici bir ajandır.
Nükleotitlerdeki amino veya keto gruplarına CH3 veya CH3CH2 gibi bir alkil grubu ekler.
Bu yolla oluşan 6-etil guanin, timinle eşleşir.
15
1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar
2. Alkilleyici ajanlar
Kısa dalga boylu ışınlar yüksek enerji taşıdıklarından organik moleküllere zarar verirler.
UV radyasyonu, yan yana duran iki timin bazı üzerinde pirimidindimerleri oluşturur.
C-C ve T-C dimerleri meydana gelebilir.
Dimerler DNA yapısını bozar ve normal eşlenmeyi durdurur.
16
1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar
3. UV ışınları ve timin dimerleri
17
X ışınları, gama ışınları ve kozmik ışınlar dokularınderinliklerine kadar girerler.
Yolları boyunca karşılaştıkları moleküllerin iyonlaşmasına neden olurlar.
Böylece kararlı moleküller ve atomlar, serbest radikallere ve reaktif iyonlara dönüşür.
Bu tepkimeler DNA’yı etkileyerek nokta mutasyonlar oluşturabilir.
Fosfodiester bağlarını kırarak kromozom bütünlüğünü bozar.
Buna bağlı olarak silinmeler, yer değiştirmeler ve kromozomalparçalanmalar oluşabilir.
1.1.2 Tetiklenmiş mutasyonlar
4. İyonize radyasyon
18
Mutasyonlar oluştukları hücre tipi ya da kromozombölgelerine göre sınıflandırılabilirler.
Hücreye göre
Somatik mutasyonlar; eşey hücreleri dışında herhangi bir hücredeolabilirler, sonraki nesile aktarılmaz
Eşey hücre mutasyonları, gametlerde oluşur, sonraki nesile aktarılır
Kromozoma göre
Otozomal mutasyonlar, otozom kromozomlar üzerinde yeralan genlerde oluşur.
X veya Y kromozomlarına bağlı mutasyonlar
1.1.3 Mutasyonun yerine göre sınıflandırma
19
Nokta mutasyon Yanlış anlamlı (missense) mutasyon Anlamsız (nonsense) mutasyon Sessiz (silent) mutasyon
Silinme veya eklenme
1.1.4 Moleküler değişiklik tipinegöre sınıflandırma
20
Bir DNA molekülünde bir baz çiftinin diğer bir baz çiftine dönüşümü nokta mutasyonu olarak adlandırılır.
Bir genin kodonundaki bir nükleotitte oluşan nokta mutasyonu, yeni bir aminoasit oluşumuna yol açabilir ve
Bu duruma yanlış anlamlı mutasyon (missense mutation) denir.
Bir başka durumda kodon, bir durdurucu kodona dönüşür ve protein sentezinin sonlanmasını sağlar.
Böylece anlamsız (nonsense) mutasyon oluşur.
Sessiz mutasyon: Nokta mutasyonu bir kodonu değiştirir fakat proteinin o pozisyonda bir aminoasit değişikliğine yol açmazsasessiz mutasyon oluşur.
1.1.4 Moleküler değişiklik tipinegöre sınıflandırma
21
Gen içinde herhangi bir noktaya bir ya da daha fazla nükleotitin girmesine eklenme, çıkmasına isesilinme adı verilir.
Tek bir harfin kaybedilmesi veya eklenmesi sonraki tüm üç harfli kodonların değişmesine sebep olur
buna çerçeve kayması mutasyonu denir.
1.1.4 Moleküler değişiklik tipinegöre sınıflandırma
22
23
İşlev kaybı (loss of function) mutasyonu
İşlev kazancı (gain of function) mutasyonu
Morfolojik bir özelliği etkileyen mutasyonlar
Besinsel (nutritional) veya biyokimyasal etki gösteren mutasyonlar
Davranış mutasyonları
Düzenleyici mutasyonlar
Öldürücü (letal) mutasyonlar
Koşullu mutasyonlar
Nötral mutasyonlar
1.1.5 Fenotipik etkilerine göresınıflandırma
24
Bilim insanları genlerin işlevlerini anlamak için mutasyonları incelerler
Fakat doğada mutasyonlar nadir görüldüğünden kendileri kimyasallarla mutasyon oluştururlar ve bundan sonra oluşan değişimleri normal organizmayla karşılaştırırlar
1.2. Mutasyonların tanısı
25
Mutant hücreleri mutant olmayanlardan ayırmak için seçilim(seleksiyon) yapılır.
ÖR: Neurospora ekmek üzerinde büyüyen pembe bir küftür.
Yabanıl tip, minimal kültür ortamında (glikoz, birkaç organik asit, tuzlar, amonyum nitrat, biotin) üreyebilir.
Tetiklenmiş mutantlar ise bu ortamda üreyemezler.
Bu mutantlar ancak; aminoasitler, vitaminler ve nükleik asit türevlerince desteklenmiş tam besi ortamında üreyebilirler.
2.1 Bakteri ve mantarlarda tanı
26
ÖR: Minimal ortamda büyüyemeyen mutantlar, metiyonin amino asitieklendiğinde büyüyebiliyorsa, bu hücrelerde metiyoninamini asitini kodlayan kodonda bir mutasyon var demektir.
Bu yolla mutantlartanımlanabilir.
1.2.1 Bakteri ve mantarlarda tanı
Mutantlar, her biri tek bir bileşik ilave edilmiş minimal ortamlardaüremeye bırakılırsa, hücrenin üretemediği bileşik tespit edilir.
İnsanlar uygun deneysel organizmalar değillerdir.
İnsanlarda mutasyona dayalı bir bozukluğun tespiti için öncelikle soyağacı (pedigri) analizi yapılır.
Mutasyonun kalıtımla geçtiği belirlenebiliyorsa;
Mutant allelin baskın veya çekinik olup olmadığı veya
X’e bağlı ya da otozomal olup olmadığı belirlenebilir.
27
1.2.2 İnsanlarda tanı
28
Diğer teknikler
Enzim aktivitesi analizi
Elektroforetik alanda protein hareketliliği
Protein ve DNA’nın doğrudan analizi
Genomik
Ters genetik
1.2.2 İnsanlarda tanı
2. Kromozom Mutasyonları: Kromozom sayısı ve Düzenindeki değişiklikler
2.1 Kromozom sayısındaki değişiklikler özel bir terminoloji ile ifade edilir.2.2 Kromozom sayısındaki değişiklikler, kromozomların ayrılmamaları sonucunda ortaya çıkar.2.3 Bir kromozom eksikliği ağır fenotipik etkilere yol açabilir.2.4 Trizomi diploid genoma bir kromozom ilavesidir.2.5 İkiden fazla haploid kromozom takımının bulunduğu poliploidi bitkilerde çok sık görülür.2.6 Kromozomların yapısında ve düzende çeşitlilik görülür.2.7 Silinme bir kromozomun kayıp bölgesidir.2.8 Kopyalanma genetik materyalin tekrarlanan kısmıdır.2.9 Ters dönme doğrusal gen dizilimini yeniden düzenler. 2.10 Yer değiştirme kromozom parçalarının genomda yer değiştirmesine yol açar.
Mayoz esnasında kromozomlar düzgün bir şekilde birbirlerinden ayrılmazsa, gametlerde ve bu gametlerden oluşan yavru bireylerde kromozom miktarı farklılık gösterir.
Bitkiler genetik bilgi miktarındaki anormalliği çoğunlukla tolere eder ve özgül fenotipler gösteriler. Bu tip genetik değişimler bitkilerin evriminde önemli bir faktör olmuştur.
Hayvanlarda, genetik bilgi hassas bir denge içindedir, bu nedenle normalde diploid olan bir organizmada komozomuntamamının ya da bir kısmının kazancı veya kaybı çoğunlukla ölüme ya da anormal fenotipe yol açar.
2. Kromozom Mutasyonları: Kromozom sayısı ve Düzenindeki değişiklikler - KAVRAMLAR
Kromozomal mutasyonlar ya da kromozomal bozukluklar
Diploid canlılarda 2 set haploid kromozom bulunur. Ancak bazı durumlarda farklılıklar olabilir.
1-kromozom sayısında değişiklikler2-gen ya da kromozom parçasında silinmeler, eklenme ve kopyalanmalar3-aynı kromozom içinde ya da kromozomlar arasında DNA’nın yeniden düzenlenmesi şeklindeki değişiklikler
2. Kromozom Mutasyonları: Kromozom sayısı ve Düzenindeki değişiklikler - KAVRAMLAR
2.1 Kromozom sayısındaki değişiklikler özel
bir terminoloji ile ifade edilir.
Anöploidi:Organizma tam bir kromozom takımı değil, bir ya da birden fazla kromozom kazanır ya da kaybeder.
Öploidi:Organizma tam bir kromozom takımı kazanır ya da kaybeder.
2.2 Kromozom sayısındaki değişiklikler, ayrılmama sonucunda ortaya çıkar.
2.3 Bir kromozom eksikliği ağır fenotipik
etkilere yol açabilir
Bir kromozom eksikliği 2n-1 olarak gösterilir ve monozomi olarak adlandırılır.
Turner 45,X bir tip eşey kromozomundaki monozomidir, • insanda otozomlardaki monozomi
tolere edilemez.
Drosophila’da 4. kromozom Haplo IV olarak bilinen monozomi.
Mısırda, çuha çiçeği Oenothera, boru çiçeği-Datura ve bir çok bitkide otozomal monozomi görülür.
2.3.1 İnsanda kısmi monozomi-Cri-du-Chat
“Kedi miyavlaması”
1963 yılında
rapor edilmiş
46, -5p
Görülme sıklığı
1/50,000
2.4 Trizomi diploid genoma bir
kromozom ilavesidir.
Drosophila ve insanda X kromozomu fazlalığı3X/2A-2X/2A 46,XX ve 46,XY ye karşı 47,XXY -47,XYY – 47,XXX gibi durumlarda her zaman fazla kromozoma sahip olanların yaşama şansı daha azdır.
Bitkilerde ise durum farklıdır. Kromozom fazlalıkları tolere edilebilir.
Kromozom
3 kopyası
sinaps yapar
bu duruma
trivalent
denir
2.4 Trizomi diploid genoma bir
kromozom ilavesidir – Down sendromu
Görünüşleri çok benzer: gözlerin köşesindeki katlanma, tipik düz yüz ve yuvarlak baş, boylarıkısadır.
Fiziksel, psikomotor ve zihinsel gelişimleri geri kalmıştır ve kasları zayıftır.
Genelde yaşamları kısadır.
Down sendromlu çocuklar solunum yolu hastalıklarına ve kalp bozukluklarına yatkındır.
Kromozom analizleri, ilave kromozomun anneden veya babadan gelebileceğini göstermekle birlikte, kaynağı %95 oranındayumurtadır.
• Dişilerde bütün yumurtalarda mayoz, fetal gelişim sırasında başlatılır ve doğumda Mayoz I’de durur
• Ergenlik çağında yumurtlama başladığında, her yumurtlama döngüsünde, bir yumurtada mayoz yeniden başlar
• Yumurtlamadan sonra bu işlem bir kez daha durdurulur ve döllenme gerçekleşene kadar tamamlanmaz.
• Bu gelişmenin sonucunda; bir sonraki yumurta, bir
öncekine göre mayoz I’de bir ay daha fazla süre geçirmektedir.
2.5 İkiden fazla haploid kromozom takımının
bulunduğu poliploidi bitkilerde çok sık görülür.
Haploid kromozom takımının ikiden fazla bulunduğu durum poliploididir.
Triploid 3n muz, elmaTetraploid 4n pamuk, tütün, fıstıkPentaploid 5n, gibiBuğday 6n hekzaploidŞekerkamışı, çilek 8n oktoploid
Otopoliploidi - tür içiAllopoliploidi - türler arası – Amfidiploid
2.5 İkiden fazla haploid kromozom takımının
bulunduğu poliploidi bitkilerde çok sık görülür.
Amfidiploid oluşumu
Amfidiploid bitkiler,
her iki bitkinin
özelliklerini de
gösterir
Triticale çeşiti
(allooktaploid)
(8n)
Çavdar + Buğday
(2n) (6n)
2.6 Kromozomların yapısında ve düzende çeşitlilik görülür.
silinmesi kopyalanması ters dönmesi
yer değiştirmesi yer değiştirmesi
Homolog olmayan
kromozomlar
Homolog olmayan
kromozomlar
2.6.1 Silinme bir kromozomun kayıp
bölgesidir.
Uç silinmenin kökeni
ara silinmenin kökeni
Silinmiş kromozom
2.6.2 Kopyalanma genetik materyalin tekrarlanan
kısmıdır.
Genetik materyalin herhangi bir kısmı-bir lokus ya da kromozomun büyük bir parçası-genomda birden fazla sayıda bulunursa buna kopyalanma (duplikasyon)denir.
Mayozda sinaps yapan kromozomlar arasıda dengesiz (eşit olmayan) parça değişimisonucu meydana gelir.
parça değişimi
2.6.2 Kopyalanma genetik materyalin tekrarlanan
kısmıdır.
Ribozomal RNA genleri: Organizmalar tipik olarak rRNAgenlerinin bir çok kopyasını bulundurur. Bu DNA’ya rDNA adı verilir.
E. coli 5-10 kopya Drosophila melanogaster 130 kopya Yumurta hücrelerinde rRNA genleri çok fazla sayıdadır.
Bir gen, kopyalanırsa, bu fazladan kopyadaki değişiklikler nesiller boyunca tolore edilebilir.
Uzun evrim süreci içerisinde kopya olan gen, hücrede başka bir işlev gören gen ürünü oluşturacak kadar yeterli değişikliğe uğrayabilir.
Bu özel genetik bilgiye sahip yeni işlev, organizmaya çevreye daha iyi ‘uyum’ özelliği kazandıracak bir avantaj sağlayabilir.
DNA dizileri önemli oranda birbirine benzeyen, ancak ürünleri farklı olan genlerin bulunması bu teoriyi desteklemektedir.
Gen aileleri: Ürünleri aynı genel işlevi gören bölgesel gen gruplarıdır. Hemoglobin-globin zincirleri
2.6.2
Kopyalanmanın
evrimdeki rolü
3.6.3 Ters çevrilme doğrusal gen dizilimini yeniden
düzenler.
Kromozomda bir parçanın 180 derece dönüş yapmasıyla oluşur
Genetik bilgi kaybı yoktur, sadece doğrusal gen sırası yeniden düzenlenmiştir.
3.6.3 Gamet Oluşumunda ters çevrilme
iki sentromerli kromatit bölünme sırasında çoğu zaman bir noktadan kırılır. Çünkü iki kutuba doğru çekilir Kırık kromatit taşıyan gametlerde
bozuk ve yetersiz genetik madde bulunmaktadır.
sentromeri olmayan kromozom, bölünme sırasında kaybedilebilir
48
Disentrik; kopyalanma
ve silinme
Asentrik; kopyalanma
ve silinmeNCO: noncross-over – parça değişimi yok
SCO: single cross-over – tek parça değişimi
Gamet oluşumu sırasında ters çevrilmeler sinaps oluşumunu engeller.
Mayozda bu kromozomlar arasında eşleşme ancak ters çevrilme halkası ile mümkündür.
3.6.3 Ters çevrilmenin sonuçları.
Gametlerin %50’si etkisiz olacaktır.
Dolayısıyla canlı zigot oluşumu önemli miktarda azalacaktır.
Ters çevrilme, parça değişimini baskılıyormuş gibi bir durum oluşur
Canlı gametlerin yarısı ters dönmüş kromozom taşıyacaktır ve tür içinde devam edecektir.
Genin ters çevrilmesi sonucu ifadesi değişiyorsa, fenotipte de değişiklik olabilir.
Böyle bir değişikliğe pozisyon etkisi denir.
Yer değiştirme (translokasyon), bir kromozom parçasının genomda yeni bir bölgeye taşınmasıdır.
Karşılıklı yer değiştirmede homolog olmayan iki kromozomun parçaları karşılıklı olarak değiştirilir.
Genetik bilgi kaybedilmez ya da kazanılmaz, sadece yeniden düzenlenir.
Dolayısıyla yer değiştirme, onu taşıyan bireylerin yaşayabilirliğini doğrudan etkilemez.
50
3.6.4 Yer değiştirme
51
Bazı genler diğer genlere göre yeni bir sıralamadadizilebilir.
Karşılıklı yer değiştirmeyi heterezigot olarak taşıyanhomolog kromozomlar mayozda uygunsuz sinaps yapısıoluştururlar
3.6.4 Yer değiştirme
52
ayrılma
3.6.4 Yer değiştirme
Mayozdaki bu dizilim, genetik olarak dengesiz gametlerin oluşumuna yolaçar.
Yukarıdaki olasılıkta tüm genetik bilgi dengeli bir biçimde yer almaktadır.
Aşağıdaki olasılıkta oluşan dengesiz gametler döllenmede yer aldıklarında yavrular genellikle yaşamazlar
53
Karşılıklı yer değiştirmeyi heterezigot olarak taşıyanbireylere ait yavruların %50 gibi bir bölümü hayatta kalabilir.
Yarı kısırlık olarak adlandırılan bu durum, organizmaların üreme uyumu üzerinde etkili olup evrimsel bir role sahiptir.
Dahası, bu tür bir dengesizlik durumu insanlarda kısmi monozomi ve trizomiler oluşturarak çeşitli doğum hatalarına neden olmaktadır.
3.6.4 Yer değiştirme