DNA’DAKİ TANDEM VE DAĞINIK TEKRARLAR

DNA’DAKİ TANDEM VE DAĞINIK TEKRARLAR

Ökaryotların genomu büyük oranda tekrarlı diziler içerir ve bu tekrarlı diziler fonksiyonel rolleri ve organizasyonlarına göre tandem ve dağınık olarak gruplanırlar. Önceki yıllarda genomdaki bu tekrarlı diziler ‘ çöp DNA’ adıyla fonksiyonları bilinmeden anılsa da son yıllarda tekrarlanan dizilerle ilgili daha çok fikir sahibi olunmaya başlandı.

Tandem tekrarlar, genellikle yüksek ökaryotların genomunda görülür ve çoğunlukla özel kromozom bölgeleri olan sentromerlerde, telomerlerde ve heterokromatik düğmelerde yer alırlar. Benzer gen gruplarına gen aileleri denir ve gen aileleri tek bir genin duplikasyon sonucu bir veya birden fazla kopya üretmesiyle oluşur. Zamanla duplikasyon birkaç kere daha oluşur ve belirli gen birçok kez kopyalanmış olur. Gen aileleri organizasyonuna göre ikiye ayrılır: Tandem ve dağınık tekrarlar. Tandem tekrarlar ise beşe ayrılır: tandem benzer genler, minisatelitler, mikrosatelitler, satelit DNA (sentromerik bölgeler dahil), telomerik DNA.(Figür 1) Dağınık tekrarlar da dört ana gruba ayrılır: dağınık benzer genler, DNA transpozonlar, retrotranspozonlar, retrogenler ve Retro yalancı genler. (Figür 2) (1)

                                      Figür 1: DNA Tandem Tekrarları (1)

                   Figür 2: DNA Dağınık Tekrarları (1)

Ribozomal RNA (rRNA) genleri multigen ailelerinin en bilinen örneğidir. Çoğu ökaryotlarda, 4’de 3 gen oranında kodlanan çekirdek rRNA tandem tekrarları içeren rRNA, 1 veya birden fazla kromozom üzerinde çekirdek organizasyon bölgesinde bulunur. Histon genler, tandem tekrarlarının başka bir örneğidir. 5 ana histon vardır: H1, H2, H3, H4, H5 ve yüksek ökaryotlarda H3 ve H4 proteinleri fazlaca korunmuştur ve birbirinden ayrı bitki ve hayvan türlerinde bile protein dizilimleri çok benzerdir. Mikrosatelitler aynı zamanda basit dizi tekrarları (SSRs) veya kısa tandem tekrarları( STRs) olarak da bilinen, tüm organizmalarda tanınan tandem tekrarlarıdır. Mikrosatelitler, düzenleyici diziler içeren kodlanan ya da kodlanmayan protein bölgelerinde bulunurlar. Diğer genom bölgelerinde göre mutasyon oranları 10 ile 100.000 kereye kadar daha fazladır. Tekrarlanan parçalarda en önemlisi; tekrarlanan birimler artıkça bölgeler daha az stabil olur ve mutasyon hızı tekrarlanan birim sayısına, tekrarlama saflığına ve tekrarlanan birim uzunluğuna bağlıdır. Hayvanlarda ve bitkilerde, SSR’ler daha çok mesajcı RNA(mRNA)’larda (cDNA/ ESTs) ve genomda tespit edilir. Örneğin; 11 bitki ve alg türlerinin EST veri tabanları kullanılarak bakılan SSR araştırmasına göre yeşil alglerde, briyofitlerde ve mısırlarda dimerlerin frekansının daha fazla ve çiçekli bitkilerde trimlerlerin frekansının daha fazla olduğu bulunmuştur. Çekirdek genomları farklı 16 araştırılmış bitki türlerime göre mitokondriyal genomlar ilk olarak mononükleotit tekrarlar (A/T) ve sonrasında dinükleotit tekrarlar (AT) tercih ederler(2). Minisatelilter diğer bir tandem tekrarlarıdır. Mikrosatelitler ve minisatelitlerin boyultarı benzer mekanizmalarla değişir. Minisatelit DNA insan, C.elegans, T.nigrovirids kromozomların subtelomerik bölgelerinde bulunurken A.thaliana kromozomlarının perisentromerik bölgelerinde bulunur. Ökaryot genomunda, Satelit DNA’lar (satDNAs) yüksek tekrarlanan DNA dizilimleridir. satDNA’lar heterokromation bölgelerinin ana bileşenleridir. satDNA’lar bitki çekirdek DNA’sının %20’sinde, böcek ve kemirgen genomunun %50’sinde ve insan genomunda %5’den az oranlarda bulunur. Monomerler boyutlarına göre farklılık gösteren tandem tekrarlanan dizileridir ve genomda birkaç megabaz yer kaplayan uzun dizilerle düzenlenmiş yüzlerce veya binlerce kopyalardır. Monomerler uzunluklarına, genomdaki konumlarına ve proliferasyonda yer alan mekanizmalarına göre farklılık gösterirler. (1)

          Figür 3: Tekrarlanan tandem dizilerine göre insan profillerinin belirlenmesi

Dağınık tekrarlar genellikle yer değiştirebilen elemanlar (Transposable elements- TEs) olarak bilinirler. Son zamanlarda genom diziliminde çalışılan ploriferasyon çalışmalarına göre, insan genomunun yarısı ve bitki DNA’sının  %95’e yakını yer değiştirebilen elemanlardan oluşur. TE’ler oldukça dağınıktır ve bu dağınıklık onların evrimsel modlarını yansıtır. TE’ler yer değiştirmelerine göre iki ana gruba ayrılır: retrotranspozonlar ( Sınıf 1 elemanlar) ve DNA transpozonlar (Sınıf 2 elemanlar). Bazı çalışmalar TE’lerin mikrosatelit oluşumuna yatkın bir veya daha fazla bölge içerdiğini ileri sürüyorlar. Memelilerin non-LTR retrotranspozonların 3’ sonundaki poly(A) yolu duyarlı bölgenin transkripsiyon hatalarını tersine çevirir ve bu da A açısından zengin mikrosatelitlerin oluşumuna yol açabilir(3). TE’ler genomda yer değiştirebilen genetik elemanlardır ve mobilizasyon sürecinde TE tipine göre veya DNA replikasyon çatalında TE’nin pozisyonuna göre yeni kopyalar direkt ya da direkt olmayan şekilde oluşabilir. Retrotranspozonlar, bir RNA ara maddesi olarak harekete geçer ve genellikle ‘ kopyala-yapıştır’ elemanları olarak adlandırırlar. Retrotranspozonlar ikiye ayrılır: uzun terminal tekrarları (LTRs) ve LTR olmayan elemanlar. LTR olmayan elemanlar uzun serpiştirilmiş elemanlar (LINEs) ve kısa serpiştirilmiş elemanlar (SINEs) içerir. (4).

               Figür 4: Transpozisyon ‘kopyala-yapıştır’ mekanizması

REFERANSLAR:

  1. The Repetitive DNA Content of Eukaryotic Genomes I. López- Flores  M.A. Garrido-R amos, Genome Dyn. Basel, Karger, 2012, , https://doi.org/10.1159/000337118
  2. Genome-Wide Analysis of Tandem Repeats in Plants and Green Algae, Zhixin Zhao, Cheng Guo, Sreeskandarajan Sutharzan, Pei Li, Craig S. Echt, Jie Zhang, and Chun Liang,1, doi:10.1534/g3.113.008524/-/DC1
  3.  Conversion of DNA Sequences: From a Transposable Element to a Tandem Repeat or to a Gene Ana Paço, Renata Freitas and Ana Vieira-da-Silva, doi.org/10.3390/genes10121014
  4. Mammalian transposable elements and their impacts on genome evolution,Roy N. Platt II & Michael W. Vandewege & David A. Ray, doi.org/10.1007/s10577-017-9570-z

YAZARLAR:

Simge Ceyhan

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir