kromozom biyolojisi 2 giriş ve sentromerson

50
Kromozom Yapısı ve Sentromerler

Upload: zuhal

Post on 18-Jun-2015

359 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromozom Yapısı ve Sentromerler

Page 2: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Her organizma, yaşamının oluşması ve devam etmesi için gerekli bütün biyolojik bilgilerinin tamamını içeren bir genoma sahiptir.

1. Canlıları oluşturan tüm biyolojik bilgiler sadece 4 harfle yazılabilir. Ama bütün bu harflerle verilen tüm direktifler milyarlarca harflik bir sözcük oluşturacak kadar uzundur. Dört harf: Bütün genetik kod, dört harf ile yazılmıştır. Adenin (A), timin (T), sitozin (C) ve guanin (G).

2. DNA ikili sarmalı: Baz çiftleri DNA'nın merdivene benzeyen heliks yapısını oluşturur. Bu uzun sarmalda hayatın şifreleri yazılıdır. İnsan vücudundaki her bir hücre yaklaşık iki metre uzunluğunda DNA içerir.

Page 3: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

3. Genler. Toplam gen haritasının yüzde 3 gibi ufak bir kısmını genler oluşturur. Kalan kısım ise “junk DNA” olarak bilinen bölümü teşkil eder. Genler, değişik sayılarda baz çiftinden meydana gelen özel dizilerdir. İnsan vücudunun ihtiyaç duyduğu proteinleri üretirler.

4. Kromozomlar: DNA yığınları paketlenmiş hali kromozomlar hücre çekirdeği içinde bulunurlar. Her insanda 23 çift kromozom vardır.

Page 4: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

5. Çekirdek ve hücre: 46 kromozom, hücrelerin çekirdeklerinde bulunur. İnsan vücudundaki hemen tüm hücrelerde bir insanı oluşturmak için gereken total DNA bilgisi mevcuttur. Bu total DNA bilgisine genom denilmektedir.

6. Canlı: Bu hücrelerin her biri, kendisine DNA tarafından verilen direktiflere göre fonksiyon görür. İnsan vücudu 100 trilyon hücreden meydana gelir.

Page 5: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Her kromozom çiftinden biri yumurta aracılığıyla anne bireyden, diğeri ise sperm aracılığıyla babadan gelir.

•İlk 22 çift kromozom cinsiyete göre farklılık göstermediğinden “otozom” adıyla bilinir. Son 2 kromozom X ve Y ise cinsiyet kromozomlarıdır ve “gonozom” olarak bilinir.

Page 6: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromozomun Bölümleri

p kolu

q kolu

Telomer

Sentromer

•Her kromozomda p ve q olmak üzere 2 kol bulunur. p (petit) küçük anlamına geldiğinden, kısa kolu belirtir; q ise alfabede p’den sonra gelen harf olduğu için uzun kolu simgeler.

Page 7: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Cinsiyet KromozomlarıKromozom

E.M ile kromozomların yapısı

Page 8: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromozomların Sınıflandırılması

Metasentrik Submetasentrik Akrosentrik Telosentrik

Page 9: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 10: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromozom Yapısı

Hücrede kromozom yapısı sadece hücre bölünmesi sırasında metafaz başında görülmeye başlanır. Bu durumdan önce DNA nukleusta kromatin yapısında paketlenmiş olarak çekirdeğin her tarafına rastgele dağılmış olarak gözlenir. Kromatin yapısı kromatin iplikçikleri adı verilen iplikçiklerden meydana gelir.

Kromatin iplikçikleri de ikiye ayrılabilir:

Sıkışık ve yoğun olması nedeniyle özel boyaları kuvvetle emen ve koyu renkli görülen heterokromatin ve daha dağınık yapıda olduğu için açık renkli boyanan ökromatin.

Page 11: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromatin Yapı

Kromatin, az miktarda RNA ile birlikte yaklaşık eşit ağırlıkta protein (histon proteinler, histon olmayan proteinler ve HMG proteinler) ve DNA içeren iplikçiklerden oluşur.

Page 12: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Histon Proteinler

Küçük molekül ağırlıklı ve yüksek oranda(%10-20) arginin, lizin gibi bazik amino asitleri içerdikleri için bazik özellikte olan, bu özellikleri sayesinde asidik özellikteki DNA’ya sıkı şekilde bağlanan proteinlerdir. İçerdikleri bazik amino asitlerin oranına göre 5 değişik gruba ayrılırlar: H1, H2A, H2B, H3 ve H4.

Page 13: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Histon ProteinlerHistonlar arasında türlere ve dokulara göre en fazla değişikliği H1 histon proteinleri gösterir. H3 ve H4 ise evrimde en iyi korunmuş histonlardır.H2A, H2B,H3 ve H4 histonlarının her birinin kromatindeki miktarları DNA’nın yaklaşık iki katıdır, H1 miktarı ise bunların yarısı kadardır.

Histon proteinleri kromatin yapının birincil oluşumu olan nükleozom yapısında görevlidirler.

Page 14: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Histon Olmayan Proteinler

Çoğunlukla bazik özellikte olmayan, boyut ve işlevleri bakımından değişik çeşitte bir çok proteini içeren bir grupturlar. Kromozom yapısına katılan histonlar dışındaki tüm proteinler bu gruba dahildir.

Histon olmayan proteinlerin bir kısmı doğrudan doğruya kromatinin oluşumuna katılan yapısal proteinlerdir. Bunların dışında DNA’nın replikasyonunda ve gen anlatımında iş gören enzimler de bu gruba dahildir.

Histon olmayan proteinler türlere, bireylere ve hatta bireyin doku ve hücre tipine göre büyük değişiklik gösterebilir.

Bu nedenle bu gruptaki proteinlerin, kromatinin yapısal oluşumunun yanı sıra özellikle onun aktivitesinin düzenlenmesiyle ilgili oldukları düşünülmektedir.

Page 15: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

HMG Proteinler

Yüksek elektrik yükleri ve ufak boyutları nedeniyle histon olmayan proteinlerden ayrı bir grup olarak kabul edilen bu proteinler jel elektroforezinde çok hızlı hareket etmelerine olanak verdiği için adlandırmada bu kısaltma (High Mobility Group- hareket yeteneği yüksek grup olarak) kullanılmıştır.

HMG proteinler kromatin yapısının %1-5’ini kapsarlar. Bu grup proteinlerin kapsamında tüm ökaryotlarda saptanan HMG1, 2, 14 ve 17 olarak adlandırılan dört çeşit dışında bazı özel tiplerde bulunmaktadır.

HMG proteinlerin nukleozom üzerindeki dizilişleri

Page 16: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 17: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 18: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromatin Organizasyonu

Kromatin organizasyonunda ilk aşama nükleozom oluşumudur. Nükleozom ikişer adet H2A, H2B, H3 ve H4 histon ve bir adette H1 histon proteininden oluşan 200 baz çifti uzunluğunda DNA’nın paketlendiği bir yapıdır. DNA’nın 145 baz çiftlik kısmı sekiz proteinden oluşan iç bölge etrafında yaklaşık 1,75 bir dönüm yapar.

Page 19: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

İplik üzerine dizilmiş boncuk şeklinde görülen nükleozomlar -proteaz enzimi ile H1 histonları uzaklaştırılmıştır.

Page 20: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromatin Organizasyonu

Nükleozomlar H1 proteinleri yardımıyla,11nm’lik ipliksi yapılar oluşturur. Bu sırada DNA serbest haline göre yaklaşık 5-10 kat yoğunlaşmıştır.

Kromatinin doğal işlevsel yapısı bu 11nm’lik iplikçiklerin yeniden katlanmalar yapması ve her dönümde yaklaşık 6 nükleozom yer alacak şekilde oluşan 30nm çapındaki yapıdır. Bu yapı H1 histonların kendi aralarındaki etkileşimi ile sabit durumda kalır. Bu aşamada DNA yapısı en az 6 kat daha yoğunlaşmıştır.

Page 21: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromatin OrganizasyonuHücre bölünmesi başladığında kromozomların oluşumu sırasında bu ipliksi yapının daha da yoğunlaşması gerekir. Kromatin iplikçikler histon olmayan proteinlerin, HMG proteinlerin ve RNA moleküllerin yardımıyla ilmekler yaparak bir protein iskelete tutunmuş olarak yoğunlaşmaya devam ederler.

Page 22: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kromatin Organizasyonu

İskelet proteinleri toplam kromatin proteinlerinin %1’ini kapsarlar. Bunlar arasında en iyi tanımlanmış olanları yüksek molekül ağırlıklı iki proteindir (135 ve 170 kdalton ağırlığında) ve 170 kdalton olanın bir topoizomeraz olduğu saptanmıştır.

Page 23: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 24: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Nukleusta kromozomların yerleşimi

Page 25: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 26: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kinetokorlar iğ bağlanmasını sağlarlar.

Sentromer ve kinetokor büyük protein kompleksi bir kaç tabakalı ve dış tabaka mikrotubuller için bağlanma bölgesidir.

Page 27: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Sentromer

Sentromer hücre bölünmesi sırasında kromozomu mitotik iplikçiğe bağlayan proteinler için bir bağlantı alanı olarak iş gören DNA dizisidir. Bu bağlantı, kromozomların kardeş hücrelere eşit ve düzenli olarak dağıtım için gereklidir.

Sentromer bölgesi içerisinde DNA’yla birlikte protein içeren ve iğ iplikçiklerinin bağlandığı Kinetokor denilen bir kısım vardır. Bu bölgede yer alan 120-180 baz çifti uzunluğundaki ve A=T çiftlerince zengin DNA dizisine CEN DNA adı verilir. Daha yüksek ökaryotlarda sentromerik diziler daha uzundur ve aynı yönde 5-10 baz çiftlik bir ya da birkaç dizinin düzenli kopyalarından oluşurlar.

FISH yöntemiyle sentromer ve iğ iplikçikleri

Page 28: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 29: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 30: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Soğan Kök Ucu Mitozu

İnterfaz Profaz Metafaz Anafaz Telofaz

Page 31: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Mayada sentromerik dizilerin bulunması ve plasmid dağılımında bu dizilerin öneminin gösterilmesi.

Page 32: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

SentromerCEN DNA, kromozomlar arasında hareket edebilen bir DNA bölgesidir ve üç alt birimden oluşur: CDE-I, CDE-II, CDE-III. CDE-I bölgesi sentromer fonksiyonuna yardımcı olur. CDE-II histon proteinlerinin bağlanma bölgesi olup A ve T nükleotidleri açısından daha zengindir. CDE-III ise sentromer fonksiyonu için en önemli bölgedir.

İlk iki bölgede oluşacak mutasyonların sentromerin fonksiyonunu engellememesine rağmen, CDE-III bölgesinde oluşan bir nokta mutasyon sentromerin işlevinin tamamen durdurur. Bunun nedeni kinetokor oluşumu sırasında CDE-III dizilerine özgün olarak bağlanan CBF3 protein kompleksidir.

Page 33: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 34: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Sentromerler özel DNA dizileri taşırlar ve bunlar kinetokorlara bağlanır.

Page 35: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kinetokor Organizasyonu

Page 36: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kinetokor kompleksliği ve yapısal durum

Dam1 kompleks

Page 37: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Kinetokor OrganizasyonuKinetokor bölgesi, sentomer bölgesinde oluşan ve 65’e yakın proteinden oluşan mikrotubullerin (iğ iplikçiklerinin) bağlanması için oluşan bir yapıdır. Kinetokor yapı sentromere bağlanan iç kompleks bölgesi, orta bölge ve mikrotubullerin bağlandığı dış bölge olarak üç kısma ayrılmıştır.

CEN DNA üzerinde diğer kinetokor komplekslerinin oluşumu için en önemli yapı DNA spesifik bağlanma protein kompleksi olan CBF3’tür. CBF3 CDE-III Mayada orta ve dış protein komplekslerinin bağlanabilmesi hem CBF3 protein kompleksini hem de sentromerde oluşan özel nükleozom yapısına gereksinim duyar. Hayvansal hücrelerde özelleşmiş nükleozomların kinetokor yapısında ayrıca özel bir rolü olduğuna inanılsa da analog özel bir DNA spesifik bağlanma kompleksinin varlığı tam olarak netleşmemiştir.

Page 38: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

CBF3 KompleksiCBF3 protein kompleksi DNA’ya direkt bağlanan çekirdek alt birim olan Ctf13p ve etrafında birleşen üç yapısal alt birimden oluşur. Ctf13p’nin aktivitesi iki regülatör alt birim Skp1p ve Sgt1p tarafından düzenlenir.

Ctf13p çekirdek alt birim Cep3p, Skp1p ve Sgt1p’yle hızlı bir şekilde birleştirdiklerinde “ Pre-aktivasyon” kompleksi oluşur. Bu durumda kompleks Ndc10p’yle etkileşime giremez ve bu nedenle CEN DNA’ya bağlanamaz.

Ancak regülatör proteinlerin yine hızlı düzenlemesiyle aktif kompleks oluşur ve Ctf13p Ndc10 proteinleriyle birleşerek dış kinetokor kompleksinin bağlanabileceği bir yüzey oluşturur.

Page 39: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

CBF3 Kompleksi

Ctf13p aktivasyonu benzer işleve sahip Skp1p ve Sgt1p’yle düzenlenir. Sgt1p proteinlerin aktif yapıda kalmasını sağlayan özel bir şaperon proteinle etkileşimdedir. ATP’ye bağlı şekildeki Hsp90 Sgt1p’nin kapalı yapıda kalmasına neden olur. ATP’nin hidroliziyle şekil değiştiren protein kompleksi açılır ve Ctf13’nin amino ucuna bağlanmayı gerçekleştirir. Ctf13p kompleksinin Ndc10 proteiniyle etkileşmesinin ardından tekrar ATP bağlanır ve Sgt1p kompleki yapıdan ayrılır. Sgt1-5p mutant protein yapısı bu ayrılmanın gerçekleşmemesine neden olur.

Page 40: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

The Kinetokor bulmacası

Maya kompleksi

Conly Rieder

Page 41: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Dam1: Mekanizma ve yapı

Dam1 halkaları mikrotubullerin etrafında

Page 42: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

İnsan Kinetokor Kompleksi

Page 43: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 44: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Neosentromer

2000 yılında Barry ve arkadaşları insan 10. kromozomunda sentromerik aktiviteyi sağlayan 80 kb’lık bir ökromatin diziyi keşfettiler. Bu yeni sentromer yada neosentromer gerektiğinde kalıcı mitotik kalıtımı gerçekleştirebilme özelliğine sahipti. Bu keşfin ardından yapılan araştırmalar sonucunda insanlarda şu ana kadar yaklaşık 40 neosentromer dizi tanımlandı. Bu şekilde neosentromer düzenlenmesine sahip kromozomu olan hastalar kromozom hatalı dağılımı açısından heterozigotturlar ve bağımsız olarak hareketsizliğe yada tam fonksiyonda sentromer aktivitesine sahip homolog lokuslar içerirler. Son olarak yapılan araştırmalar neosentromer bölgenin dizin analizini ve neosentromerik aktivite kazanılırken oluşan dizi polimorfizmlerinin varlığını araştırır.

Page 45: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Neosentromer bölgeler replikasyon sırasında bulunduğu bölgede(a-d) yada aynı kromozom üzerinde farklı bir bölgede(e-h) transpozon benzeri hareketle hareket edebilirler.

Neosentromerler

Neosentromerler replikasyon sırasındaki dağılımlarını tam olarak gerçekleştirmediklerinde kromozom üstünde dağılımlar görülür,ancak bu bölgelerin sentromer özelliğinde olmaları birden fazla sayıdaki faktörlerin her biri tarafından tanınmadıkları sürece sentromerik aktivite

göstermezler.

Page 46: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson

Sekonder boğum NOR (Nukleolus organizer bölge)

Page 47: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 48: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 49: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson
Page 50: Kromozom Biyolojisi 2 Giriş ve Sentromerson