Takip Edin

Biyoloji

DNA VE DNA ONARIM MEKANİZMALARI

Yayınlanma tarihi

-

OKUMA ZAMANI: 6 dakika

DNA ve DNA onarım mekanizmaları, şüphesiz ki bilimin en gözde buluşlarından yalnızca birisidir. Öncelikle DNA yapısına biraz değinip sonrasında mekanizmalara ve daha fazlasına göz atalım.

DNA Nedir?

DNA bütün canlılığın genetik kodlarını taşıyan, nükleik asit olarak bilinmektedir. Yani tüm canlılıkta bütün kodlar burada saklıdır. RNA’da dahil olmak üzere hücre bileşenlerinin sentezinde rol oynayan muazzam bir yapıdır. DNA’da kalıtsal bilgiler uzun süre saklanabilmektedir. Kimyasal olarak DNA, nükleotit olarak adlandırılan basit birimlerden oluşan iki uzun polimerden oluşmaktadır. Ökaryot  hücrelerde DNA, kromozom denilen yapılarda yer almaktadır. Prokaryotlarda ise DNA, hücrenin sitoplazmasında yer alır. Kısaca DNA’ya değindik. Şimdi asıl konumuz olan DNA onarım mekanizmalarından bahsedelim.

 

DNA Hasarına Neden Olanlar:

1-Eksojen Etkenler:

  • Fiziksel ajanlar: Güneş ışığı (UV radyasyon), iyonize radyasyon (X ışınları)
  • Kimyasal Ajanlar: Aflatoksinler, kemoterapi ajanları, vinil klorür, alkilleyici ajanlar, benzopiren (sigara dumanı), vb.

2-Endojen Etkenler:

  • Kimyasal değişiklikler; DNA bazlarında deaminasyon veya metilasyon
  • Oksidatif hasar
  • Baz kayıpları; depürinasyon ve depirimidinasyon
  • Yanlış eşleşme

DNA ve DNA onarım mekanizmaları

DNA onarımı yaşamsal faaliyetlerin ve yaşamın devamı için gereken bir işlevdir. DNA onarım mekanizmaları, prokaryotlar ve ökaryotlarda benzerlik gösteren üç basamakta gerçekleşir. Bunlar:

  • Hasarı Tanıma
  • Hasarlı Kısmı Uzaklaştırma
  • Oluşan Boşluğu Doldurma

 

DNA’daki Hasarlı Bölgeleri Düzeltme Mekanizmaları:

1-Kesip çıkarma (ekzisyon) onarım mekanizması

  • Baz kesip çıkarma onarımı
  • Nükleotid kesip çıkarma onarımı

2-Yanlış eşleşme onarımı

3-Direk onarım mekanizmaları

  • Fotoreaktivasyon
  • DNA alkilasyonunun onarımı
  • Basit tek zincir kırıklarının ligasyonu

 

1-Kesip-Çıkarma (Ekzisyon) Onarım Mekanizmaları:

Tüm prokaryot ve ökaryot organizmalarda bulunan bu onarım sistemi 3 temel basamak içerir:

  1. Hasar veya hata tanınır ve enzimatik olarak bir nükleaz tarafından kesip çıkarılır.
  2. DNA polimeraz oluşan boşlukları doldurur.
  3. DNA ligaz son bağı kurar ve boşluk tamamen kapanır.

 

Baz Kesip Çıkarma (Eksizyon) Onarımı-BER (Yanlış Baz Onarımı):

DNA bazlarının doğal hidrolizi veya çeşitli kimyasal ajanlar nedeni ile oluşan uygun olmayan bazların tamiri ile ilgilidir. Anormal bazlar spesifik DNA glikozilaz ile N-glikozid bağı kırılarak uzaklaştırılır.

 

Baz kesip çıkarma ile onarılan baz hasarları:

  • Okside bazlar: 8-okzoguanin,
  • Alkillenmiş bazlar: 3-metil adenin, 7-metil guanin

 

Onarım Mekanizması

 

 

Nükleotid Kesip Çıkartma (Eksizyon) Onarımı-NER (Yanlış Nükleotid Onarımı):

  • DNA’nın sarmal yapısında bozulmalara neden olan DNA lezyonları bu sistem ile onarılmaktadır. Daha uzun nükleotid hasarları tamir edilir.
  • NER’de hasarlı bazlar oligonükleotid parçaları olarak kesilip çıkartılır.
  • BER’de ise bazlar tek olarak kesilip çıkartılır.

 

Buna örnek verecek olursak, güneş ışınlarının etkisi ile oluşan timin dimerlerinin ve Kemoterapötik ilaçlarla oluşan baz değişimlerinin onarımında NER mekanizması görevlidir.

 

Nükleotid kesip çıkarma işlemi ABC eksinükleaz enzimi tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu enzimin üç adet alt ünitesi vardır. Bunlar:

  • UvrA, hasarın algılanması
  • UvrB, çift zincirlerin ayrılması
  • UvrC, endonükleaz aktivitesi

 

Onarımın ilk aşamasında, enzimin UvrA ve UvrB alt birimlerinden oluşan kompleks (UvrA)2 -(UvrB) DNA’da lezyonun olduğu bölgeye bağlanır. Hasarlı bazların bulunduğu bölgede UvrA proteini kompleksten ayrılırken UvrC proteini UvrB proteinine bağlanır. UvrC proteininin bağlanması ile hasarlı bazların 3’ ve 5’ yönlerinde kırıklar oluşur. (Prokaryotlarda, bu enzim hasarın 3′ ucundan 4.-5. fosfodiester bağını, 5′ ucundan ise 8. fosfodiester bağını ayırır.)  Sonraki aşamada DNA helikaz bu 12–13 nükleotidlik parçayı uzaklaştırır. Oluşan boşluk, DNA polimeraz I ile doldurulur ve DNA ligaz tarafından zincirin bağlanması ile onarım tamamlanmış olur.

 

Ökaryotlarda Bu İşlem:

İnsanın nükleotidini kesip çıkarma onarım mekanizması daha karmaşık yapıdadır. Bu sistemde 9 protein görev alır. Bu proteinler:

XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF, XPG ve CSA ve CSB proteinlerinin yanı sıra ERCC1, RPA, RAD23A, RAD23B proteinleri de bu sistemde görev alır.

 

NER mekanizmasında görevi olan proteinleri kodlayan genlerdeki defekteler sonucunda bazı nadir hastalıklar ortaya çıkmaktadır. Bunlara örnek verecek olursak:

  • Xeroderma pigmentosum (XP proteinleri)
  • Cockayne sendromu (CSA-CSB proteinleri)
  • Trikotiyodistrofi (XP proteinleri)

 

2 -Yanlış Eşleşme (Mismatch) Onarımı:

DNA polimeraz, replikasyonda hata okuma yeteneğine sahiptir. Yanlış eşleşme tamiri, hata okuma sonrasında bile kalan yanlış eşleşmeleri tamir eden mekanizmadır. Kesip çıkarma onarımı ve direk onarım normalde DNA yapısında olmaması gereken bazların çıkarılmasına yönelik işlemdir. Yanlış eşleşme onarımı ise DNA’da normalde bulunan bazların değiştirilmesi ile gerçekleşir. Bu onarım, kalıp zincir ile yeni sentezlenen zincirin ayırt edilmesine dayanır. Bu ayrımın yapılmasını sağlayan ise, kalıp zincirlerde bulunup yeni sentez zincirlerde bulunmayan metil gruplarıdır. Kalıp zincir replikasyondan hemen sonra metillendiği halde yeni sentezlenen zincir aynı anda metillenmez. Kalıp zincirdeki 5’GATC dizinlerindeki adeninlerin N6 pozisyonundan metillenmesi Dam metilaz tarafından gerçekleştirilir. E. coli’de bu onarım sisteminde MutS, MutH ve MutL proteinleri etkilidir.

DNA ve DNA onarım mekanizmaları

 

Ökaryotlarda ise MutH’nin homologu bulunmaz. MutS ve MutL’nin homologları rol oynar.  Bu proteinleri kodlayan genlerdeki mutasyonlar ile herediter
non-polipozis kolon kanseri (HNPCC) arasında ilişki bulunmuştur.

 

DNA ve DNA onarım mekanizmaları

 

Direk Onarım Mekanizmaları:

Bu onarım mekanizmaları timin dimerleri ve alkillenmiş bazlar içindir ve zincir kırılmadan hasar onarımı sağlanır.

  • Fotoreaktivasyon
  • DNA alkilasyonun onarımı
  • Basit tek zincir kırıklarının onarımı

DNA ve DNA onarım mekanizmaları

DNA ve DNA onarım mekanizmaları

 

 

Basit Tek Zincir Kırıklarının Onarımı:

X-ışını ya da peroksitlerin sebep olduğu bu kırıklar DNA ligaz enzimi sayesinde hemen tamir edilebilir. DNA ligaz; enerji gerektiren bir reaksiyon ile fosfodiester bağının kırıldığı durumlarda oluşan ‘Nick’ bölgelerini onarır, 5′ fosfat grubu ile 3’OH grubu arasındaki fosfodiester bağını oluşturur

 

Mutasyonlar:

Mutasyonlar, DNA’da meydana gelen ‘kalıtsal’ değişikliklerdir. Fiziksel ya da kimyasal faktörlerle DNA’da oluşan hasar, onarım mekanizmaları ile onarılmadan önce replikasyon meydana gelirse bu hasar kalıcı bir hal almaktadır. Gen ürünü protein yapısında değişikliğe, o proteinin hiç yapılamamasına veya hücre ya da organizmada kısmi bozukluğa neden olabilmektedir. Mutasyona uğrayan hücre veya organizmaya ‘mutant’, normal hücreye ise ‘yabani tip’ denmektedir. Mutasyonlar oluşumlarına göre iki tiptir. Bunlar;

 

1-Spontan Mutasyonlar:

DNA replikasyonu sırasında düşük seviyede pirimidin ya da pürin bazlarda meydana gelen değişikliklerden kaynaklanır. Bu hasarların çoğu DNA onarım mekanizmaları ile onarılır ancak DNA onarım mekanizmasındaki yetmezlikten dolayı onarımı sağlanamayanlar mutasyon olarak kalır.

 

2-İndüklenebilir Mutasyonlar:

Hücre ya da organizmanın çevresel koşullardan etkilenmesi sonucu DNA’da meydana gelen yapısal değişikliklerdir. Kimyasal ya da fiziksel mutajenlerle gerçekleşir.

 

Mutasyon Çeşitleri:

1-Nokta mutasyonu:

  • Belirtisiz (slient) mutasyon
  • Anlamsız (nonsense) mutasyon
  • Yanlış anlamlı (missense) mutasyon

a.Geçiş (transizyon)

b.Çapraz (transversiyon)

 

2-Çerçeve kayması (frame shift) mutasyonu:

  • Baz girmesi (insersiyon)
  • Baz çıkması (delesyon)

 

1-Nokta Mutasyonu:

DNA yapısında tek baz çiftindeki değişiklik, mRNA üzerinde bir kodonun değişimine ve sentezi sağlanan polipeptit zincirdeki tek bir amino asit değişikliğine sebep olabilir. DNA’daki baz değişikliği etkisine göre belirtisiz, anlamsız ve yanlış anlamlı olarak üçe ayrılmaktadır.

Belirtisiz mutasyonda, DNA’daki bir nokta mutasyonuna rağmen kodondan sentezlenen amino asit ve proteinin primer yapısı değişmez.

DNA ve DNA onarım mekanizmaları

 

Anlamsız mutasyonda, herhangi bir kodon UAA, UGA, UAG sonlanma kodonlarından birine dönüşmektedir. Anlamsız mutasyonlar protein sentezinin erken sonlanmasına ve fonksiyonel olmayan polipeptit oluşması neden olur.

 

Yanlış anlamlı mutasyonlar, Bir amino asidi kodlayan kodunun, başka bir amino asidi kodlayan kodona dönüşmesidir.  Bunun iki tipi mevcuttur. Bunlar:

  • Geçiş (transizyon): Bir pürin mutasyona uğradığında yine bir pürinin, bir pirimidin mutasyona uğradığında ise yine bir pirimidinin yapıya katılmasıdır.
  • Çapraz (transversiyon): Pürin yerine pirimidin, pirimidin yerine pürinin yapıya katılmasıdır.

DNA ve DNA onarım mekanizmaları

 

 

2-Çevreye Kayması (Frame Shift) Mutasyonu:

DNA yapısına bir bazın katılması (inersiyon) veya bir bazın ayrılması (delesyon) mRNA’da değişikliğe neden olur. Nükleotid katılması veya çıkarılmasının olduğu noktadan sonraki kodonların anlamı değişir. Bunun sonucunda ise sentezi sağlanan proteinin yapısında bulunan amino asitler farklı olur. Bu mutasyon bazen sonlanma kodonu oluşturabildiği için normalden kısa polipeptid zincirinin sentezi ile sonuçlanır.

 

DNA Onarım Mekanizmaları ve Canlılık:

DNA onarım süreçleri, prokaryot ve ökaryotlarda bulunmaktadır. Evrimsel süreç boyunca mekanizmalar gelişmiş ve korunmuşlardır. Hücreler DNA’da meydana gelebilen hasarları onarmak için mekanizma geliştirmişlerdir. Bu hasar ortamdan ya da replikasyondan kaynaklanabilmektedir. Normal şartlarda hücre bölünmeden önce kontrol mekanizmaları kontrolünü sağlamaktadır. Ancak bu kontrollerin başarısızlığı sonucunda hasar birikimi meydana gelebilir. Bu da mutasyonlara sebep olmaktadır.

 

 

DNA ONARIMI AZİZ SANCAR

Bilime ve insanlığa sağladığın faydalar için minnettarız….

İZİNDEYİZ…

Prof. Dr. Aziz SANCAR

KAYNAKÇA

 

file:///C:/Users/Hp/Downloads/DNA%20hasar%C4%B1%20ve%20onar%C4%B1m%C4%B1-2019.pdf

https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-damage-repair-mechanisms-for-maintaining-dna-344/#

https://en.wikipedia.org/wiki/Base_excision_repair

AYRICA BKZ.

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.06.027201v1.full

 

Yorum Yaz

Yorum Yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir