Ana içerik
Konu: Biyoloji Kütüphanesi > Ünite 19
Ders 2: Ökaryotlarda Gen Regülasyonu (Düzenlenmesi)Transkripsiyon Faktörleri
Genel ve belirli transkripsiyon faktörleri. Transkripsiyon başlama kompleksi ve döngüsü. Kombinasyonel regülasyon.
Önemli noktalar:
- Transkripsiyon faktörleri, yakın bir DNA konumuna bağlanarak belirli genleri "aktive" ve "deaktive" eden proteinlerdir.
- Aktivatör olarak tanımlanan transkripsiyon faktörleri bir genin transkripsiyonunu arttırırken, represörler (baskılayıcılar) azaltır.
- Arttırıcı ya da susturucu olarak adlandırılan, transkripsiyon faktörlerine ait bağlanma bölgelerinden oluşan gruplar, bir geni, vücudun belirli bir yerinde aktive ya da deaktive edebilirler.
- Transkripsiyon faktörleri, hücrelerin mantık işlemleri yaparak farklı bilgi kaynaklarını birleştirip, bir geni ifade edip etmemek üzerine bir "karar vermelerine" yardımcı olur.
Giriş
Vücudunuzda transkripsiyon faktörü bulunuyor mu? Cevap umarım ki evettir yoksa hücrelerinizin çalışmaya devam etmesi konusunda oldukça zorlanırdınız.
Transkripsiyon faktörleri genlerin transkripsiyonunu yani protein sentezi yolunda RNA'ya kopyalanmalarını regüle eden proteinlerdir.
İnsan vücudunda birçok transkripsiyon faktörü bulunur. Benzer bir durum bir kuş, ağaç hatta mantar için de geçerlidir. Transkripsiyon faktörleri, doğru genlerin, vücudun doğru hücrelerinde, doğru zamanlarda ifade edilmesini sağlarlar.
Transkripsiyon: En önemli kontrol noktası
Transkripsiyon, bir genin DNA diziliminin bir RNA molekülüne kopyalanması işlemidir. Gene ait bilgilerin protein yapımında kullanılması sürecinin önemli bir adımıdır. Bu söylediklerimizin ne olduklarını tam anlamıyla bilmiyorsanız, Sal Khan'dan konu ile ilgili bir giriş videosu seyretmek için merkezi dogma videosuna göz atmanızı öneririz.
Gen ifadesi DNA'daki bir genin "aktive" edilmesi ya da belirlediği proteinin sentezi için kullanılması anlamına gelir. Vücudumuzdaki genlerin tamamı aynı anda, aynı hücrelerde ya da vücudumuzun farklı bölgelerinde aktif değildir.
Transkripsiyon, birçok gen için önemli bir aktivasyon/deaktivasyon kontrol noktasıdır.
- Bir genin, hücre içinde transkripsiyonu gerçekleşmiyorsa, bu gen, o hücre içnde protein sentezi için kullanılamaz.
- Bir genin transkripsiyonu geçekleşiyorsa, muhtemelen bir protein sentezinde kullanılacak yani ifade edilecektir. Bir genin transkripsiyonu ne kadar çok gerçekleşirse, söz konusu proteinden o kadar fazla sentezlenir.
Bir genin transkripsiyonunun ne kadar fazla olacağını belirleyen çeşitli faktörler vardır. Örneğin, genin DNA'sının destekleyen proteinler etrafında, kromatin oluşturmak için ne kadar sıkı sarılı olduğu, o genin transkripsiyon için ne kadar uygun olduğunu belirler.
Transkripsiyon faktörleri adı verilen proteinler, transkripsiyon regülasyonunda merkezi bir rol üstlenirler. Bu önemli proteinler, vücudumuzun hangi hücresinde hangi genlerin aktif olacağının belirlenmesine yardımcı olurlar.
Transkripsiyon faktörleri
Bir genin transkripsiyonunun gerçekleşmesi için ne gerekir? DNA şablonundan yeni RNA molekülleri yapan RNA polimeraz enziminin, genin DNA'sına bağlanması gerekir. DNA polimeraz, promotör adı verilen bir noktadan bağlanır.
Bakterilerde, RNA polimeraz doğrudan promotörün DNA'sına bağlanı. Bu sürecin nasıl işlediğini ve transkripsiyon faktörleri tarafından nasıl regüle edildiğini öğrenmek için lac operonu ve trp operonu videolarını izleyebilirsiniz.
İnsanlar ve diğer ökaryotlarda fazladan bir adım bulunur. RNA polimeraz promotöre, yalnızca bazal (genel) transkripsiyon faktörleri adı verilen proteinlerin yardımı ile bağlanabilir. Bu proteinler, bir hücrenin, herhangi bir genin transkripsiyonu için kullanacağı transkripsiyon ekipmanlarının önemli bir parçasıdır.
Ancak, bazı transkripsiyon faktörleri ki bunların arasında en havalıları da vardır, bu genel sınıfa dahil değillerdir. Bunlar, belirli ve tekil genlerin ifadesini kontrol eden büyük bir transkripsiyon faktörü sınıfına dahildirler. Örnek vermek gerekirse, bir transkripsiyon faktörü yalnızca bazı nöronlarda ihtiyaç duyulan bir gen grubunu aktive edebilmektedir.
Transkripsiyon faktörleri nasıl çalışır?
Tipik bir transkripsiyon faktörü, DNA'ya belirli bir hedef diziden bağlanır. Transkripsiyon faktörü, bağlandıktan sonra RNA polimerazın genin promotörüne bağlanmasını ya kolaylaştırır ya da zorlaştırır.
Aktivatörler
Bazı transkripsiyon faktörleri, transkripsiyonu aktive ederler. Örneğin, genel transkripsiyon faktörlerinin ve/veya RNA polimerazın promotöre bağlanmasına aşağıdaki şemada da gösterildiği gibi yardımcı olurlar.
Represörler (Baskılayıcılar)
Bazı transkripsiyon faktörleri de, transkripsiyonu baskılarlar. Baskılama farklı şekillerde işler. Bir örnek vermek gerekirse, repesörlerden biri genel transkripsiyon faktörlerinin ya da RNA polimerazın yoluna çıkarak, transkripsiyonun başlaması için promotöre bağlanmalarını engelleyebilir.
Bağlanma bölgeleri
Transkripsiyon faktörlerinin bağlanma bölgeleri çoğu zaman, genin promotörüne yakın bir konumda bulunurlar. Ancak, promotörden çok uzak bir konum gibi DNA'nın farklı bölgelerinde de bulunsalar bile, genin transkripsiyonunu etkileyebilirler.
DNA'nın esnekliği, uzak bağlanma bölgelerinde bulunan transkripsiyon faktörlerinin de görevlerini yapabilmelerine olanak sağlar. DNA, pişmiş makarna gibi birbiri üzerine katlanarak, uzakta bulunan bağlanma bölgeleri ile transkripsiyon faktörlerini, genel transkripsiyon faktörlerine ya da "aracı" proteinlere yakınlaştırır.
Yukarıdaki karikatürde, uzakta bulunan bir bölgeye bağlanmış olan aktive edici bir transkripsiyon faktörü, RNA polimerazın promotöre bağlanıp, transkripsiyonu başlatmasına yardım ediyor.
Bunun E. coli 'den farkı nedir?
Şu ana kadar, insanlara ve diğer ökaryotlara ait transkripsiyon faktörlerinin, bakterilerde gördüğümüz transkripsiyon faktörlerinden pek de farklı olduklarını söyleyemeyiz. DNA'ya bağlanıp, RNA polimerazın işini yapmasını ya kolaylaştırır ya da zorlaştırırlar. Aynen E. coli'deki lac represör proteini gibi.
Genel anlamda, bu bile oldukça iyi bri çıkarımdır. Transkripsiyonu kontrol eden proteinler, iste kendi hücelerinizde, ister burnunuzda yaşayan bakterilerin içinde olsun, benzer şekilde davranmaya meyillidirler. Farklılıklar ise, regülatör bölgelerin ne kadar uzak olduğu, bazal transkripsiyon faktörlerine ihtiyaç olup olmadığı gibi mekanik farklılıklardır.
Ancak insanlarda transkripsiyon faktörlerinin nasıl kullanıldığı ile ilgili bazı anlamlı farklılıklar da mevcuttur. İnsanlar ve diğer ökaryotlar, karmaşık canlılardır: eşsiz dokular ya da vücut yapıları oluşturacak şekilde düzenlenmiş milyarlarca hücreden oluşuyoruz. Bu sebeple, vücudunuzdaki her bir hücrrenin kendine ait gen ifadesi "programını" kullanması gerekmektedir.
Vücudun belirli bölgelerindeki genleri aktive etmek
Bazı genlerin, vücudun birden fazla yerinde ya da birden fazla hücre tipinde ifade edilmesi gerekir. Örneğin, birr genin, omuriliğinizde, kafatasınızda, parmak ucunuzda aktive edilmesi gerektiğini ancak vücudunuz geri kalanında aktive edilmemesi gerektiğini düşünün. Transkripsiyon faktörleri bu örüntünün gerçekleşmesini nasıl sağlarlar?
Buna benzer bir örüntüye sahip bir genin birçok arttırıcısı (aktivatörler için uzakta bulunan bağlanma bölgesi kümeleri) ya da susturucusu (aynı şeyin represörler için olanı) vardır. Herbir arttırıcı ya da susturucu, geni, vücudun o bölgesinde yapılmış transkripsiyon faktörlerini bağlayarak vücudun belirli bir yerinde ya da belirli bir hücre tipinde aktive edip, baskılayabilmektedir.
Örnek: Modüler fare
Örnek olarak, farelerde bulunan bir gen olan Tbx4'ü ele alalım. Bu gen, fare vücudunun kan damarları ya da arka bacaklar gibi farklı bölümlerinin gelişimi açısından önemlidir
Gelişim sırasında, bir takım iyi tanımlanmış arttırıcılar, fare embriyosunun farklı bölümlerinde Tbx4'ün ifadesini arttırırlar. Aşağıdaki şema, her biri, gen ifadesinden sorumlu olduğu vücut bölümü ile işaretlenmiş bazı Tbx4 arttırıcılarını göstermektedir.
Gelişimin evrimi
Tbx4 genininkiler gibi arttırıcılar, dokuya özel arttırıcılar olarak adlandırılırlar: vücudun sadece belirli bir bölümündeki gen ifadesini kontrol ederler. Dokuya özel arttırıcı ya da susturucuların mutasyonları, vücut yapısının evriminde önemli bir rol oynarlar.
Bu nasıl işe yarayabilir? Tbx4 genini kodlayan dizide, bir mutasyonun yani DNA'da bir değişimin gerçekleştiğini ele alalım. Mutasyon, genin vücudun her yerinde deaktive olmasına sebep olacağından, genin normal bir kopyasına sahip olmayan bir fare muhetemelen ölecektir. Ancak, arttırıcıda meydana gelen bir mutasyon yalnızca ifade örüntüsünü bir miktar değiştireceğinden, fareyi öldürmeden, bir bacağının diğerlerinden kısa olması gibi yeni bir özellik kazanmasına sebep olur.
Transkripiyon faktörleri ve hücresel "mantık"
Hücreler mantık işlemleri yapabilirler mi? Sahip olduğumuz beynin yapabildiği işlemler gibi değil. Ancak hücreler de, bilgileri algılayıp, bir araya getirip doğru tepkinin ne olduğunu belirleyebilirler. Aynen hesap makinelerinin basılan düğmeleri algılayıp işlem yapabilmeleri gibi.
Transkripsiyon faktörlerinin genleri nasıl regüle ettiğini değerlendirirken, aslında bu "moleküler mantığa" bir örnek görmüş oluruz. Birçok gen, farklı transkripiyon faktörleri tarafından kontrol edilir ve geni "aktive" etmek için belirli bir kombinasyon gereklidir. Bu durum, özellikler de ökaryotlar için geçerli olup zaman zaman kombinasyonal regülasyon olarak adlandırılır.
Bir genin regülasyonu için birden fazla transkripsiyon faktörünün kullanılması, farklı bilgi kaynaklarının tek bir sonuç elde edilmek için birleştirilebildiği anlamına gelir. Örneğin, aşağıdaki senaryoyu ele alalım:
- Aktivatör A yalnızca cilt hücrelerinde bulunuyor
- Aktivatör B, yalnızca komşularından "hemen bölün!" (büyüme faktörleri) sinyalini alan hücrelerde aktif
- Represör C yalnızca bir hücrenin DNA'sı hasar gördüğünde üretiliyor.
Bu durumda, gen yalnızca bölünme sinyalleri alan, hasarsız ve sağlıklı DNA'ları olan cilt hücrelerinde "aktive" edilecektir. Bu regülasyon örüntüsü, cilt hücrelerinin bölünmesinde görev alan bir gen için anlamlı olabilir. Aslına bakılırsa, represör C gibi proteinlerin kaybedilmesi, kansere sebep olabilmektedir.
Gerçek hayattaki kombinasyonal regülasyon, bundan biraz daha karmaşık olabilir. Örnek vermek gerekirse, farklı birçok transkripsiyon faktörü görev almış olabilir ya da söz konusu transkripsiyon faktörünün kaç molekülünün DNA'ya bağlı olduğu önemli olabilir.
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.