Ana içerik
Biyoloji Kütüphanesi
Konu: Biyoloji Kütüphanesi > Ünite 19
Ders 2: Ökaryotlarda Gen Regülasyonu (Düzenlenmesi)Özet: Ökaryotlarda Gen Regülasyonu
Farklı hücre türlerinde farklı genlerin ifadesi. Ökaryotik gen regülasyonuna genel bir bakış.
Önemli noktalar:
- Gen regülasyonu, protein gibi fonksiyonel bir ürün elde edilmesini sağlayan, bir hücrenin DNA'sındaki hangi genlerin ifade edileceğinin kontrol edilmesini sağlayan bir süreçtir.
- Çok hücreli organizmalardaki farklı hücreler, aynı DNA'ya sahip olmalarına rağmen farklı gen kümeleri ifade edebilirler.
- Bir hücrede ifade edilen genler, protein kümelerini ve içerdikleri fonksiyonel RNA'ları belirleyerek, hücrenin, kendisine has özellikler kazanmasını sağlar.
- İnsanlar gibi ökaryotlarda, gen ifadesi birçok adım içerir ve gen regülasyonu da bu adımların herhangi birinde gerçekleşebilir. Ancak, bir çok gen öncelikli olarak transkripsiyon seviyesinde regüle edilir.
Giriş
Muhteşem vücudunuz, bağışıklık hücrelerinden, cilt hücrelerine ve nöronlara kadar yüzlerce farklı hücre çeşidi içeriyor! Hücrelerinizin hemen hemen hepsi aynı DNA talimatlarına sahip olsalar da, farklı görünüp, farklı görevler üstlenebiliyorlar. Peki bunun sebebinin ne olduğunu hiç merak ettiniz mi? Cevap, farklı gen regülasyonunda saklı!
Gen regülasyonu, hücrelerin farklı olmasını sağlar
Gen regülasyonu, bir hücrenin, genomundaki tüm genlerin içinden hangi genlerin aktive edildiğini ya da ifade edildiğini kontrol etme mekanizmasıdır. Gen regülasyonu sayesinde, vücudumuzdaki her bir hücre, aynı DNA'yı taşımalarına rağmen, farklı aktif gen gruplarına sahip olabilirler. Gen ifadesindeki bu farklı örüntüler, hücre tiplerinin farklı protein kümelerine sahip olup, kendi görevini yerine getirecek şekilde özelleşmesini sağlar.
Örnek olarak, karaciğerin görevlerinden biri, kandaki, alkol gibi zehirli (toksik) maddeleri uzaklaştırmaktır. Karaciğer hücreleri, bu görevi yerine getirebilmek için, alkol dehidrojenaz isimli enzimin alt birimlerini ya da parçalarını kodlayan genleri ifade eder. Bu enzim, alkolü, zehirli olmayan bir moleküle parçalar. Bir insanın beynindeki nöronlar, vücuttaki zehirli maddeleri uzaklaştırma görevini yerine getirmedikleri için, bu genlerinin ifadesini gerçekleştirmezler. Benzer şekilde, karaciğer hücreleri de, nörotransmiterler aracılığı ile sinyaller göndermedikleri için, nörotransmiter genleri deaktive durumdadır.
Karaciğer hücreleri ve nöronların ya da sizin gibi çok hücreli bir organizmada bulunan iki farklı hücre tipinin, ifadelerini farklı şekilde gerçekleştirdiği birçok geni vardır.
Hücreler, hangi geni aktive edeceklerine nasıl "karar verirler"?
Bu şaşırtmalı bir soru olabilir! Çünkü hangi genin ifade edileceğini etkileyen birçok farklı faktör bulunur. Yukarıda da gördüğümüz gibi, farklı hücre tipleri farklı genleri ifade ederler. Ancak, aynı tip iki hücrenin de, içinde bulundukları ortam ve iç durumları itibarıyla farklı gen ifadesi örüntüleri olabilir!
Genel olarak ifade etmemiz gerekirse, bir hücrenin gen ifadesi örüntülerinin, hem hücre içi hem de hücre dışından gelen bilgilere bağlı olduğunu söylemek mümkündür.
- Hücre içinden gelen bilgi örnekleri: anne hücresinden kalıtımsal yolla aldığı proteinler, DNA'sının hasarlı olup olmaması ya da ne kadar ATP'si olduğu.
- Hücre dışından gelen bilgi örnekleri: diğer hücrelerden gelen kimyasal sinyaller, hücreler arası matristen gelen mekanik sinyaller ve besin seviyeleri.
Bu ipuçları, nasıl oluyor da, bir hücrenin hangi geni ifade edeceğine "karar vermesine" sebep oluyor dersiniz? Hücreler, sizin ya da benim gibi kararlar alamazlar. Bunun yerine, reseptörlerine bağlanan kimyasal sinyaller gibi, aldıkları bilgileri, gen ifadesindeki değişikliklere çeviren moleküler patikalara sahiptirler.
Örnek olarak, hücrelerin büyüme faktörlerine nasıl tepki verdiklerini ele alalım. Büyüme faktörü, komşu hücrelerden birinden hedef hücreye gelen ve hücreye büyüyüp bölünmesi talimatını veren kimyasal bir sinyaldir. Hücrenin, bu büyüme faktörünü "fark edip" bölünmeye "karar verdiğini" söylemek mümkündür ancak bu süreçlerin tam olarak nasıl işlediklerini merak ediyor musunuz?
- Hücre, büyüme faktörünü, hücre yüzeyinde bulunan bir reseptör proteine fiziksel olarak bağlanması sonucu algılar.
- Büyüme faktörünün bağlanması, reseptörün şeklinin değişmesine sebep olarak, transkripsiyon faktörleri adı verilen bir dizi proteini aktive eden kimyasal olayları tetikler.
- Transkripsiyon faktörleri çekirdekte, DNA'nın belirli dizilerine bağlanır ve hücre bölünmesi ile alakalı genlerin transkripsiyonuna sebep olur.
- Bu genlerin ürünleri, hücre büyümesini destekleyip, hücrenin hücre döngüsü içerisinde ilerlemesini sağlayarak hücrenin bölünmesini sağlayan çeşitli proteinlerdir.
Bu, bir hücrenin aldığı bilgileri, gen ifadesindeki bir değişiklikle sonlandırmasına verilebilecek örneklerden yalnızca biridir. Bunun gibi daha birçok örnek olduğunu ve gen ifadesi altında yatan mantığı anlamak için günümüzde birçok biyolojik araştırma yapıldığını da eklemek isteriz.
Büyüme faktörü sinyali karmaşık ve transkripsiyon faktörlerinin yanı sıra transkripsiyon faktörü olmayan faktörler gibi birçok hedefin aktive edilmesini içeren bir süreçtir. Büyüme faktörü sinyali ile ilgili daha fazla bilgi edinmek için hücre içi sinyal iletimi başlıklı makalemize göz atabilirsiniz.
Ökaryot gen ifadesi birçok aşamada regüle edilebilir
Bundan sonraki makalelerimizde, ökaryot gen ifadesinin farklı formlarını inceleyeceğiz. Başka bir deyişle, gen ifadesinin, bizler gibi ökaryotlarda; DNA'nın uygun olup olmadığından, mRNA üretimine ve proteinlerin translasyonu ve işlenmesine kadar farklı aşamalarda nasıl kontrol edilebileceğini işleyeceğiz.
Ökaryot gen ifadesi birçok aşama içerir ve bu aşamaların hemen hemen hepsi regüle edilebilir. Farklı genler, farklı noktalarda regüle edilir ve özellikle de önemli ve güçlü olan bir genin birden fazla aşamada regüle ediliyor olması, pek de şaşırtıcı bir durum değildir.
- Kromatin erişilebilirliği. DNA ve onu organize eden proteinlerden oluşan kromatin yapısı regüle edilebilir. Kromatinin daha açık ve "gevşek" olması, genlerin transkripsiyon için daha uygun durumda olmalarını sağlar.
- Transkripsiyon. Transkripsiyon, birçok gen için önemli bir regülasyon noktasıdır. Bir grup transkripsiyon faktörü proteinleri, bir genin bulunduğu yerdeki ya da bir gene yakın olan bir yerdeki DNA dizilerine bağlanıp, söz konusu genlerin RNA'ya transkripsiyonunu destekler ya da baskılar.
- RNA işlenmesi. Bir RNA molekülüne uygulanan, uç birleştirme, başlık ekleme ya da poli-A kuyruğu ekleme işlemleri, RNA'nın çekirdekten dışarı çıkabilmesi için regüle edilebilir. Alternatif uç birleştime ile aynı pre-mRNA'dan farklı mRNA'lar elde edilebilmektedir.
- RNA istikrarı. Bir RNA molekülünün sitozol içinde ne kadar uzun süre hayatta kalabileceği, ondan elde edilecek protein sayısını etkiler. miRNA adı verilen küçük regülatör RNA'lar, hedef mRNA'lara bağlanarak, kesilmelerine sebep olabilir.
- Translasyon. Bir mRNA'nın translasyonu, regülatörler sayesinde attırılıp inhibe edilebilir. Örnek vermek gerekirse, miRNA'lar, kesilmelerine sebep olmak yerine, zaman zaman hedef mRNA'larının translasyonunu engelleyebilirler.
- Protein etkinliği. Proteinler, kesilmek ya da kimyasal gruplar ile etiketlenmek gibi birçok modifikasyona uğrayabilirler. Bu modifikasyonlar regüle edilebilir ve proteinin etkinliğini ya da davranışını etkileyebilir.
Gen ifadesinin tüm aşamaları regüle edilebilse de, genlerin temel regülasyon noktası transkripsiyondur. Regülasyonun daha geç gerçekleşen aşamaları, transkripsiyon sırasında katılaşmış olan gen ifadesi örüntülerini rafine ederler.
Daha fazla bilgi edinmek için transkripsiyon faktörleri ve transkripsiyon sonrası regülasyon makalelerine göz atabilirsiniz.
Gen regülasyonu ve türler arası farklılıklar
Gen regülasyonundaki farklılıklar, sizin gibi çok hücreli bir organizmadaki farklı hücre tiplerini yapı ya da fonksiyon açısından eşsiz kılabilir. Bir adımı incelediğimizde, gen dizilimleri göreli olarak benzer olan farklı türler arasındaki form ve fonksiyon farklılıklarının bazılarını açıklayabilir.
Örneğin, insanlar ve şempanzelerin genomları, DNA seviyesinde
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.