Transkripsiyon

1. Transkripsiyon Prof. Dr. Selma Yılmazer İ.Ü Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji A.D

2. Gen ekspresyonu (gen anlatımı) • DNA molekülünün taşıdığı bilginin protein moleküllerine çevrilmesine Gen ekspresyonu denir. • Gen ekspresyonu 2 aşamada gerçekleşir: • Transkripsiyon (Yazılım): DNA nın taşıdığı bilgi, RNA Moleküllerine aktarılır. • Translasyon (Çeviri): Kalıtsal bilgi, mRNA aracılığı ile proteine çevrilir. DNA, • protein sentezi için doğrudan kalıp görevi yapmaz. • Aracı moleküllere yani mRNA lara ihtiyaç vardır.

3. Gen ekspresyonu (gen anlatımı) Gen ekspresyonunun (gen anlatımı) • ilk basamağıRNA sentezidir.(Transkripsiyon) Ökaryot hücrelerde Transkripsiyon; • RNA sentezlenmesi (ilk transkriptin oluşması), • Sentezlenen RNA nın işlevsel formayani olgun mRNA ya dönüştürülmesi;RNA işlenmesi ilegerçekleşir. (Örn. İntronların kesilip çıkartılması,uç modifikasyonları)

5. Transkripsiyon Transkripsiyon; • DNA nın gen adı verilen bölgelerinin • mRNA, rRNA ve tRNA vermek üzere kopyalanmasıdır. • Transkripsiyonu gerçekleştiren enzim RNA polimerazdır. • 1960’ da J. Hurwitz ve S. Weissman tarafından bulunmuştur • mRNA, DNA nın dizisine komplementer (tamamlayıcı) bir baz dizisi içerir.

7. RNA Çeşitleri • Haberci RNA’ lar (mRNA lar): Protein Sentezi için kalıp görevi yapar. • Ribozomal RNA’ lar (rRNA lar) ve • Taşıyıcı RNA’ lar (tRNA lar) mRNA nın proteine çevrilmesinde görev yapar. • Küçük RNA’ lar • mRNA kırpılması • rRNA işlenmesi v.b. • Gen ekspresyonu düzenlenmesi

10. Transkripsiyon • Transkripsiyon için • DNA Kalıbına • RNA polimeraza • Ribonükleotid trifosfatlara (ATP, GTP, CTP, UTP) • Magnezyum İyonuna ihtiyaç vardır.

11. RNA Sentezinin Aşamaları • RNA Polimerazın DNA Kalıbına bağlanması. • Sentezin başlaması • Zincirin uzaması • Sentezin sonlanması

12. Prokaryotlarda Transkripsiyon • E. Coli, • Transkripsiyon çalışmalarında bir model. • mRNA, E. Coli’ de bulundu. • RNA Polimeraz, E. Coli’ den saflaştırıldı. • Gen ekspresyonu regülasyonunu sağlayan mekanizmalar E. Coli’ de keşfedildi.

13. RNA Polimeraz ve Transkripsiyon • RNA sentezinden sorumlu olan enzim; RNA Polimerazdır. • DNA’ yı kalıp olarak kullanarak • Ona komplementer olan bazları bir araya getirir. • Ribonukleozid 5’-trifosfatların (NTP ler) polimerleşmesini katalizler.

14. RNA Polimeraz • RNA zincirinin uzamasını daima 5’->3’ Yönünde katalizler. (DNA Polimeraz gibi) • Primerlere ihtiyaç duymaz (DNA Polimerazdan farklı olarak) • Sentezlenen RNA zinciri ile kalıp DNA ipliği birbirine antiparaleldir. • Prokaryotlarda tek bir RNA Polimeraz, mRNA, tRNA ve rRNA sentezini gerçekleştirir.

15. RNA Polimeraz • RNA Polimeraz; Çok sayıda polipeptidden oluşmuş kompleks bir enzimdir. • Bakteri RNA Polimerazı, α, β, β’ ω ve σ alt birimlerinden oluşur. • σ(sigma) alt birimi, komplekse daha zayıf bağlanır. • Yeni sentezlenen RNA birkaç nükleotid uzunluğa eriştiğinde σ, diğer alt birimlerden ayrılır.

17. RNA Polimeraz • İki α, bir β, bir β’ ve bir ω (omega) alt biriminden oluşan çekirdek RNA polimeraz, RNA nın uzama aşamasını gerçekleştirir. • Çekirdek RNA Polimeraz NTP lerin RNA ya polimerleşmesini katalizler. • Bu işlem için σ gerekmez.

18. RNA Polimeraz • σ, kompleksin transkripsiyonun başlangıç yeri olan DNA dizisine bağlanması için gereklidir. • İş görebilen bir RNAnın oluşması için sentez, gendeki başlangıç noktasından başlamak zorundadır. • RNA Polimerazın bağlandığı bu özgün DNA dizisine, Promotör denir. • Transkripsiyon, genlerin başlangıcındaki bu özgün yerlerde başlar.

19. Promotör Dizisi • E. Coli’ de keşfedildi. • Değişik genlerde transkripsiyon başlangıç noktasının yukarı yönünde birbirine benzeyen 2 farklı dizi bulundu. • Bu ortak diziler6 nukleotid içerir. • Transkripsiyon başlangıç yerinin (+1) • -10 ve • -35 baz çifti öncesinde bulunur.

20. E.coli’nin Promotör Dizileri • -10 ve -35 elemanları olarak adlandırılırlar. • Bu diziler, farklı genlerde birbirlerine benzer. • Transkripsiyon başlangıç yeri, +1 olarak tanımlanır. • -10 ve -35 ortak dizilerdeki mutasyonlar, promotör işlevi üzerinde güçlü etki yaratır. • σ alt birimi, -35 ve -10 promotör bölgelerinin ikisine de bağlanır.

21. E.coli’nin promotör dizileri

22. DNA ayak izi yöntemi ile RNA polimerazın Promotöre bağlandığı yerler tanımlanmıştır

23. Transkripsiyonun başlaması • RNA polimerazın bağlanması,(Kapalı promotör kompleksi) DNA sarmalının lokal olarak 14 bazı açarak (-12den +2 ye kadar) çözülmesine neden olur. Böylece tek iplikli DNA oluşur. (Açık promotör kompleksi) • RNA polimerazın Transkripsiyonu başlatması DNA kalıbını kullanarak bunatamamlayıcı olanilk iki serbest NTP yi fosfodiester bağı ilebirleştirerek başlatır. • RNA polimeraz senteze devam eder. • Sentezlenen zincir, 10 nükleotid uzunluğa erişince, σ ayrılır. .

24. E.Coli RNA polimerazı ile transkripsiyon

25. Zincirin Uzaması • RNA polimeraz ileri doğru hareket eder, sentez devam eder. • RNA zinciri uzar • Uzama sırasında polimeraz, kalıp DNA ile birleşik kalır. • Uzama sırasında polimeraz, (mRNA sentezinde) • Transkripsiyon bölgesinde ~15 bazlık açık bölge kalacak şekilde öndeki DNA yı açar, arkadaki DNA yı geri sarar. • β ve β’ alt birimler arasındaki kanal, 20 bç lik DNA barındırır ve polimerazın aktif bölgesini oluşturur.

26. Sonlanma: • RNA sentezi RNA polimeraz, sonlandırma sinyali ile karşılaşana kadar devam eder. • Burada transkripsiyon durur. • Sentezlenen RNA, polimerazdan ayrılır. • Polimeraz da DNA dan ayrılır. • E. Coli’ de en basit bir sonlandırma sinyali vardır. • GC zengin ters tekrarlar, baz eşleşmesi ile sap-ilmik yapısı oluşturur. • Bu yapı, RNA nın DNA ile ilişkisini bozar. • Transkripsiyon sonlanır.

29. Transkripsiyonun sonlanması 4 adenin nukleotidi tarafından izlenen GC den zengin ters tekrarlar ile belirlenir.Ters tekrarlar RNA da kararlı bir sap-ilmik yapısı oluşturur. Sonuçta RNA Kalıp DNA dan ayrılır.

31. Ökaryotlarda Transkripsiyon • Prokaryot ve Ökaryot Hücreler Arasındaki Farklar: 1- Bakteride tek bir RNA polimeraz (tüm genlerin transkripsiyonundan sorumlu) • Ökaryotik hücrelerde, birden fazla RNA polimerazlar bulunur. 2- Ökaryotik RNA polimerazlar promotör diziye, ek proteinler ile bağlanır.

32. Ökaryotik RNA Polimerazları • 3 farklı Nükleer RNA Polimeraz bulunur • RNA Polimeraz I • RNA Polimeraz II • RNA Polimeraz III 1-mRNA’ lar ; RNA Polimeraz II ile 2-rRNA’ lar ve tRNA’ lar ; RNA Polimeraz I ve III ile (Pol I 28s, 18s, 5.8s rRNA ların; Pol III 5s rRNA ların sentezi) 3-Küçük RNA lar; snRNA (küçük nükleer RNA ;kesip ekleme ) , scRNA [küçük sitoplazmik RNA; protein taşınması) RNA Pol III ve RNA Pol II tarafından sentezlenir.

33. Ökaryotik RNA Polimerazlar • Kloroplast ve mitokondrilerde farklı RNA polimerazlar vardır. • Nükleer RNA Polimerazların üçü de • 12-17 alt birimden oluşan kompleks enzimlerdir. • Üçü de 9 adet benzer alt birim içerir. • Bunların 5 tanesi bakteri RNA polimerazın α, β, β’ ve ω alt birimlerine benzer.

34. Ökaryotlarda Transkripsiyon • Prokaryotlarda olduğu gibi, 4 aşamada gerçekleşir • RNA Polimerazın DNA ya bağlanması • RNA sentezinin başlaması • RNA nın uzaması • RNA sentezinin sonlanması

35. Ökaryotlarda promotör bölge • Ökaryotlarda promotör bölge; başlangıç noktasının (+1) önünde • -80 konumunda CAAT dizisi, • -30 konumunda TATA dizisi • Bazı genlerde GC elemanı • Ökaryotik RNA polimerazların transkripsiyonu başlatmak için transkripsiyon faktörleri denen özel proteinlere ihtiyacı vardır.

36. Ökaryotik Promotör diziler • TATA kutusunun önünde verimli transkripsiyon için gerekli olan üç dizi elemanı içerir;bir CCAAT kutusu ve iki GC kutusu (konsensus dizisi GGGCGG)

37. (mutasyonu hemoglobinopatilere neden olur) ( ( (mutasyonuHemofili A ya neden olur) Dokuya özgün genler Hypoxanthine phosphoribosyltransferase (House keeping gen) Tipik bir insan geni yapısı

38. Transkripsiyon faktörleri • Transkripsiyon faktörleri, 2 gruba ayrılır: • 1- Genel Transkripsiyon Faktörleri • 2- Gene Özgü transkripsiyon faktörleri, Özel genlerin ekspresyonunu denetler. • Genomdaki genlerin %5’ i, transkripsiyon faktörü kodlar.

39. Transkripsiyon faktörleri • Promotör Diziler RNA polimeraz ve Transkripsiyon faktörleri tarafından tanınır • Bu faktörler, birlikte çalıştığı RNA polimeraz enzimine göre adlandırılırlar. • TF-I (RNA Polimeraz I) • TF-II (RNA Polimeraz II) • TF-III (RNA Polimeraz III)

40. mRNA sentezi • Ökaryotik genler; • Düzenleyici bölge • Promotör Bölge • Başlangıç Sinyali • Eksonlar • İntronlar • Sonlanma Sinyalleri’ nden Oluşur.

41. Transkripsiyonun başlaması • RNA Polimeraz II ve transkripsiyon faktörleri tarafından promotör bölgelerin tanınması ile başlar. • 5 genel transkripsiyon faktörüne ihtiyaç vardır. • TF II A, • TF II B, • TF II D, • TF II E, • TF II F, • TF II H

42. Transkripsiyonun başlaması 1- Önce TF II D (genel transkripsiyon faktörü); TATA dizisine bağlanır.(TF II D ;TBP(TATA ya bağlanan protein) ve TAFlardan (TBP e bağlanan faktörler) oluşan 10 polipeptid içeren bir kompleksdir.) 2- Sonra, TF IIB, TBP ye bağlanır. 3- TF IIF ile birlikte polimeraz bağlanır 4- En son olarak TF IIE ve TF IIH komplekse eklenir.

44. Transkripsiyonun başlaması • TFII H, çok alt birimli bir faktördür. • TFII H nin 2 alt birimi, başlama yeri yakınında DNA yı çözen helikazlardır. • TFII H nin diğer alt birimi, Polimeraz II nin C ucu (CTD) bölgesindeki tekrarlayan dizileri fosforilleyen bir protein kinazdır.

45. RNA Polimerazın karboksi ucu (CTD) • CTD; 7 Aminoasit tekrarından oluşur. (52 tekrar) • CTD fosfatlanması, polimerazı başlama kompleksinden ayırır. • Böylece Polimerazın transkripsiyonu başlatmasını sağlayan diğer proteinler bağlanabilir. • Fosforile olmuş CTD mRNA sentezi ve işlenmesine katılan enzim kompleksleri,uzama ve işleme faktörleri için bağlanma bölgesi oluşturur.

47. Transkripsiyonun başlaması • TF IIH nin Helikaz etkinliği ile DNA 2 ipliği birbirinden ayrılır. TF IIH ın protein kinaz etkinliği ile • RNA Polimerazın karboksi ucu (CTD) fosforillenince,transkripsiyon başlar. • Sentez başlayınca tüm faktörler RNA pol II den ayrılır • Sentez tamamlanınca hem ekson hem de intronları içeren öncül mRNA (pre-mRNA) oluşur.

48. mRNA işlenmesi • Sonraki Aşamalar: • Primer transkriptin 5’ ucuna CAP grubunun eklenmesi • 3’ ucuna Poli-A yapısının eklenmesi • Kırpılma (Splicing) İntronların kesilip çıkartılması, eksonların bir araya getirilmesi. • Kimyasal değişiklikler (metillenme) • mRNA transkriptin 5’ ucunda metile olmuş CAP yapısı 3’ ucunda Poli-A dizisi bulunur.

50. Ökaryot mRNA ların 5’ ucunda, kapsül (CAP) bölgesi • mRNA nın 5’ ve 3’ terminal kısmında translasyonu yapılmayan diziler bulunur (3’-UTR ve 5’-UTR) • Ökaryot mRNA ların 5’ ucunda, kapsül veya başlık denilen bir bölge vardır. • Bu yapının protein sentezinin başlangıç aşamasında Ribozomun bağlanma bölgesinin (AUG başlangıç kodonu) belirlenmesinde iş gördüğü • mRNA yı ekzonukleaz yıkımından koruduğu düşünülmekte.