2. • Canlı organizmaların evrensel özelliği, fonksiyonlarının sürdürülmesi için gerekli
olan tüm genetik bilgiyi depolamak, kullanmak ve bir sonraki kuşaklara aktarmaktır.
• Kuşaklar arasında genetik bilgi akışını sağlayan genlerdir ve bazı RNA virüsleri hariç
genler daima DNA molekülleridir.
• Bir organizmanın DNA’sında saklı bulunan genetik bilgi, o organizmanın genomunu
oluşturur.
• İnsan genomu 3.2x109 nükleotid çiftinden oluşmaktadır.
Bu genom 24 farklı kromozom halinde hücrenin çekirdeğinde bulunmaktadır.
23 çift kromozomdan 22 tanesi otozomal kromozomlar, 2 tanesi ise (X ve Y) eşey
kromozomlarını oluşturmaktadır.
3. • Ökaryot Genomlarının Karmaşıklığı
• Genel olarak ökaryot genomları, prokaryot genomundan çok daha büyük
ve karmaşıktır.
• Ökaryot genomların büyüklüğünün daha fazla olması çok şaşırtıcı
değildir, çünkü daha karmaşık organizmalarda daha fazla gen bulmayı
bekleriz.
• Ancak ökaryotların genom büyüklüğü genetik karmaşıklıkla ilgili değil
gibi görünmektedir.
• Örneğin, semenderler ve zambak genomlarında, insan genomuna göre on kat daha
fazla miktarda DNA bulunmasına rağmen, bu organizmaların insandan daha
karmaşık oldukları söylenemez.
• Bir çelişki gibi görünen bu durum, çoğu ökaryotik hücrenin genomunun sadece
işlevsel genler değil aynı zamanda büyük miktarda, protein kodlamayan DNA dizisi
de kapsadığının gösterilmesiyle çözümlenmiştir.
4. • Böylece, semenderler ve insan genomlarının büyüklüklerindeki fark,
semenderin genomunda daha fazla gen değil daha fazla miktarda
kodlamayan (non-coding) DNA bulunmasını yansıtmaktadır.
• Büyük miktarda kodlamayan DNA dizilerinin varlığı ökaryot genomlarının
genel bir özelliğidir.
5. • Böylece insan genomunun E. coli’ye göre bin kat daha büyük olması
sadece daha fazla sayıda gen bulunmasına bağlı değildir.
• İnsan genomunun ortalama 20.000 civarında gen içerdiği
düşünülmektedir ve bu sayı E. coli deki gen miktarının sadece 5-6
katıdır.
• Böylece ökaryotik genomlardaki karmaşıklığın büyük kısmı yüksek
ökaryot hücrelerde DNA’nın çoğunluğunu oluşturan birkaç değişik tipte
kodlamayan dizinin çok miktarda bulunmasından kaynaklanmaktadır.
6. Aralayıcı diziler, İntronlar ve Ekzonlar
• Moleküler olarak bir gen, bir polipeptid ya da bir RNA (rRNA veya tRNA) ürünü
oluşturacak şekilde eksprese olan DNA bölgesi olarak tanımlanabilir.
• Ökaryotik hücrelerdeki kodlamayan DNA’nın bir kısmı genler arasındaki uzun DNA
dizileri yani aralayıcı dizilerdir (spacer sequences). Aralayıcı diziler genomun
yaklaşık olarak %5’ini oluştururlar.
7. • Ökaryot genlerinin içinde büyük miktarda intron adı verilen kodlamayan
DNA dizileri bulunmaktadır.
• Bu tip genlerde ayrıca intronlarla birbirinden ayrılmış kodlayıcı diziler yani
ekzonlar bulunmaktadır.
8. • Birçok ökaryot geninin ekzon-intron yapısı çok karmaşıktır ve intron dizilerindeki DNA
miktarı genellikle eksonlardakinden daha fazladır.
• İnsan genomu göz önüne alındığında, ortalama olarak bir insan geninde yaklaşık 9
ekzon bulunduğu, bunların 8 intron tarafından ayrılmış olduğu ve yaklaşık 30.000 baz
çifti (30 kb) genomik DNA üzerine dağıldığı gözlenmiştir.
• Ortalama olarak bir gendeki ekzonların genel toplamı 2 kb kadardır, yani ortalama
insan geninin %90’ dan fazlası intronlardan oluşur.
• İntronlar yaklaşık olarak genomun %25’ini oluştururlar.
• İntronlar yüksek ökaryotların birçok geninde mevcuttur ancak evrensel değildirler.
• Örneğin histon genlerinin hemen hemen hiçbirinde intron yoktur.
9. • Çoğu intron hücresel bir ürünün sentezini sağlamaz ancak intronlar gen ifadesinin kontrol edilmesinde
önemli rol oynarlar.
• Örneğin intronların varlığı, bir genin ekzonlarının farklı kombinasyonlarda birleşmesini ve böylece aynı
genden farklı proteinler sentezlenmesini sağlarlar.
• Alternatif splicing adı verilen bu işlem karmaşık ökaryotların genlerinde sıklıkla görülür ve insan
genomunun 20.000 geninin işlevsel repertuvarının genişletilmesinde önemli olduğu düşünülmektedir.
10. • Tekrarlayan DNA Dizileri
• Tekrarlayan DNA dizileri genom içinde bir veya birkaç bölgede
kümeleştiği gibi genom boyunca tek kopya diziler arasında da yer
alabilmektedir.
• Kümeleşmiş tekrarlayan diziler art arda organize olan çeşitli kısa
tekrarlardan meydana gelirler.
• Bu diziler satellit DNA olarak adlandırılırlar.
• Satellit DNA aileleri genomdaki yerleşimlerine, ard arda gelen tekrar
dizilerinin toplam uzunluğuna ve diziyi oluşturan tekrar birimlerinin
uzunluğuna göre farklılık göstermektedirler.
11. • Minisatellit DNA dizileri: Değişken sayıdaki tekrarlayan dizilerdir.
• Bu dizilere VNTR (Variable Number of Tandem Repeats) de
denilmektedir.
• 9-65 baz çifti uzunluğunda tekrar dizileri içerirler.
• Genomda 1-20 kilobaz arasında değişen yaklaşık 1000 kadar blok
oluşturular.
Polimorfik özelliklerinden dolayı DNA analizlerinde tanı amaçlı (babalık
testi, adli tıp, kalıtsal hastalıklarda mutant allerin tespiti gibi) olarak
kullanılabilmektedirler.
16. • Mikrosatellit DNA dizileri: 2-10 baz çifti tekrar dizilerinden
oluşmaktadırlar.
• Tüm genoma yayılmış halde 100.000 den fazla mikrosatellit DNA dizisi
bulunmaktadır.
• Bu dizler de minisatellitler gibi polimorfik özelliklere sahip olduklarından
minisatellitler gibi aynı amaçlar için kullanılabilmektedirler.
• Mikrosatellitler, genom içine yayılmış olmalarından dolayı genlerin
kromozomal lokalizasyonlarının saptanması için kullanılan bağlantı
(linkage) analiz çalışmalarında belirleyici (marker) olarak kullanılmaktadır.
17. • Hareketli (transposable) DNA Dizileri
• İnsan genomunun yaklaşık 1/3’ü genoma dağılmış halde bulunan
hareketli DNA dizileridir.
• Bu diziler kararsız diziler olup genom içinde göç edebilirler.
• Hareketli diziler iki grup halinde incelenmektedirler;
• 1. Transpozonlar
• 2. Retrotranspozonlar
18. • 1. Transpozonlar
• DNA’ların transpozisyonu ile oluşurlar.
• Bunlar 80-300 bç uzunluğunda olup genomda 300.000 kopya halinde
bulunurlar.
• Transpozonlar genomun %3’ünü oluşturur.
• 2. Retrotranspozonlar
• RNA’lardan cDNA aracılığı ile DNA’ya aktarılmış olan dizilerdir.
• Yaklaşık 2-10 kb uzunluğundadırlar ve genonum yaklaşık %8’ini
oluştururlar.
19. • SINE (Short Interspersed Nuclear Elements)
• İnsan genomunda en yaygın bulunan tekrar dizileridir.
• SINE’ler genomik DNA’nın %13’ünü kapsamakta olup genomda 100-
300 bp uzunluğundaki nükleotid dizilerinin serpiştirilmiş şekilde yaklaşık
1.5 milyon kez tekrar etmesiyle oluşurlar.
20. • LINE (Long Interspersed Nuclear Elements): Genomda 850.000
kopyası bulunan ortalama 6-8 kilobaz uzunluğundaki tekrar dizileridir.
• LINE’ler genomik DNA’nın yaklaşık %21’ini oluştururlar.
• SINE ve LINE dizileri retrotranspozisyon yolu ile kalıtsal hastalıklara
neden olan mutasyonlara neden olmaktadırlar.
• Ayrıca genom içerisinde göç edebildiklerinden dolayı bazen tıbbi önemi
olan genlerin“insersiyonel inaktivasyonuna” neden olurlar.
21. • GENOM PROJESİ
• Moleküler biyolojideki en heyecan verici gelişmelerden biri hem insan
genomu hem de
• E. coli,
• Saccharomyces cerivisia,
• Caenorhabditis elegans,
• Drosphila, Arabidopsis
gibi birkaç model organizma ve farenin genomlarının tam nükleotid
dizilerinin analiz sonuçları olmuştur.
22.
23. • Tüm genom dizilemenin sonuçları bizi, tek tek genlerin
karakterizasyonuyla tüm genomların gen kapsamı ve organizasyonuna
genel bir bakış açısına götürmüştür.
• Bu yaklaşım bir organizmadaki tüm genleri tanımlama potansiyeline
sahiptir, böylece genler yapı ve işlevleri konusunda incelemelere açık
hale gelmiştir.
24. • Ancak ilginç olarak tüm genom dizilemenin ürettiği çok fazla miktardaki
bilgiyi yorumlamakta yeni zorluklar ortaya çıkmıştır.
• Bu zorluklar biyoloji ve bilgisayar bilimi arasında yer alan ve insan
genomu gibi milyarlarca bazın elde edilen diziliminden yararlı biyolojik
bilgilerin çıkarılması ve analizi için gerekli hesaplama metotlarının
geliştirilmesi üzerine odaklanan BİYOİNFORMATİK adlı yeni bir bilim
dalının gelişmesine yol açmıştır.
25. • Henüz öğrenilecek çok şey olmakla birlikte şu an mevcut olan genom
dizileri bilim adamlarına tam genom dizilerinden oluşan eşsiz bir veri
tabanı sağlamıştır.
• Bu genlerin çoğu daha önce tanımlanmadığından işlevlerinin
saptanması hücre biyolojisinde gelecekteki birçok çalışmanın temelini
oluşturacaktır.
26. • İnsan Genomu
• Birçok bilim adamı için genom analizinin amacı insan genomunun tam
nükleotid dizisinin tanımlanmasıydı.
• İnsan genom dizisinin saptanması çok büyük bir plandı ve ilk sonuçların
2001’de taslak halinde yayınlanması tarihi bir bilimsel olay olarak kabul
edildi.
27. • İnsan genomu, her biri 45 ila 280 Megabaz (Mb) DNA kapsayan 24 kromozoma
dağılmıştır (22 otozom, 2 cinsiyet kromozomu).
28. • Genom dizisinin tanımlanmasından önce birkaç bin gen tanımlanmış ve
kromozomlar üzerindeki yerlerine haritalanmıştı.
• Genlerin kromozomlar üzerindeki yerleşimlerini belirlemek için sık
kullanılan yöntemlerden biri floresan boyalarla etiketlenmiş probların
kromozomlara in situ hibridizasyonudur.
• Bu yönteme genel olarak floresan in situ hibridizasyon veya FISH adı
verilir.
29. Prob, ilgi duyulan bölgeye komplementer olan kısa tek iplikli DNA molekülü
CAGTATACACAAGTACCGTACCTGGCTCAGTTATACGCCGA
GTCATATGTGTTCATGGCATGGACCGAGTCAATATGCGGCT
:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
ATGGCATGGACC
::::::::::::
probe
30.
31. • 2001’de yayımlanan insan genomunun taslak dizileri, farklı yaklaşımlar
kullanan iki bağımsız araştırmacı grubu tarafından elde edilmişti.
• Bu gruplardan biri olan “Uluslararası İnsan Genomu Dizileme
Konsorsiyumu” dizileme için insan kromozomunda bölgelere haritalanmış
olan BAC (bakteri yapay kromozomu) klonları kullandı.
• Diğer grup ise küçük DNA fragmanlarının klonlandığı ve genomun dizisini
oluşturmak için bu fragmanların dizileri arasında birbirini takip eden
bölgelerin kullanıldığı tek vuruş (shotgun) yaklaşımını tercih etti.
• Sonunda 2003’te insan genom dizisi belirlenmiş oldu.
32. • Genom projesinin büyük bir sürprizi, insandaki gen sayısının daha önce
tahmin edilen 100.000 genden, beklenmedik şekilde çok düşük çıkması
ve genomun %1-1.5’luk kısmını oluşturmasıydı.
• Böylece insanlarda, C. elegans ve Drosophila gibi daha basit
hayvanların sadece yaklaşık 2 katı kadar gen var gibi görünmektedir.
• Bu durum bir organizmanın biyolojik karmaşıklığının sadece gen
sayısına bağlı olmadığını göstermektedir.
33. • Diğer taraftan, insan genlerinde çok miktarda alternatif kesip ekleme var
gibi görünmekte ve bu da bir genin birden fazla proteini tanımlamasına
izin vermektedir.
• Yapılan çalışmalar, alternatif kesip-ekleme mekanizmalarının ortalama
insan geninden üç veya daha fazla birbirinden farklı mRNA oluşumuna
yol açabileceğini göstermektedir.
34. • Buna göre tahmin edilen yaklaşık 20.000 gen, 100.000’e yakın farklı
protein kodlayabilir.
• Öngörülen insan proteinlerinin %40’ından fazlası Drosophila ve C.
elegans da dahil DNA dizisi belirlenmiş diğer organizmalardaki
proteinlerle ilişkilidir.
• Bu korunmuş proteinlerin birçoğu metabolizma, DNA replikasyonu ve
tamiri, transkripsiyon, translasyon ve protein trafiği gibi temel hücresel
işlevlerde görev yaparlar.
• Drosophila ve C. elegans’a göre insan genomu immün yanıt, sinir
sistemi ve kan pıhtılaşması gibi daha karmaşık işlemler ve ayrıca
transkripsiyon düzenlenmeleriyle ilgili daha fazla sayıda gen
kapsamaktadır.
35. • Genom dizisinin şifresinin çözülmesi hem genlerin protein kodlayan
dizilerini ortaya çıkaracak hem de gen ekspresyonunu kontrol eden
düzenleyici dizileri belirleyecektir.
• Bireylerin genomları arasındaki dizi farkı sadece %0.1’dir.
• Kişiler arasındaki bu tip farklılıkların analizi, belirli genlerin farklı
hastalıklara duyarlılıkla ilişkilendirilmesini sağlayacak ve hekimlerin
hastaların genetik yapısına göre hastalıkları önleme ve tedavi stratejileri
geliştirmelerini sağlayacaktır.
36. • Farklı bireyler arasındaki genomların karşılaştırılması, genlerimizin
kendine özgü başka özelliklerine katkısını da aydınlatabilir.
• Örneğin atletik yetenek veya zeka ve karmaşık insan davranışlarına yol
açan çevreyle ilgili genler arasındaki etkileşimleri daha iyi anlamamızı
sağlayabilir.
• Genlerin genom içindeki organizasyonu ve nasıl fonksiyon gösterip
düzenlendiğinin detaylı olarak anlaşılması, gelecekte hastalıkların tanı
ve tedavisinde, yeni tedavi seçeneklerinin oluşturulmasında, aşı
geliştirilmesinde ve hedefe yönelik yeni ilaçların tasarlanmasında önemli
bir rol oynayacaktır.
37. • Genom dizisinin mevcut olması insanlığın kanser, kalp hastalığı,
Parkinson ve Alzheimer gibi dejeneratif sinir sistemi hastalıklarıyla ilişkili
yeni genlerin ortaya çıkarılmasında büyük alanda uygulama bulacaktır.
• Moleküler anatomiyi, kromozomların ve genlerin fizyolojisini iyi bilen
uzmanların yetişmesi, kalıtsal hastalıkların tanısının ve tedavisinin
yönlendirilmesinde büyük kolaylık sağlayacaktır.
