Epigenetik Düzenlemeler ve MikroRNA’lar
Güncelleme tarihi: 6 Ağu 2019
Begüm ŞAHİN-İstanbul Kültür Üniversitesi
Küçük iç kaynaklı (endojenik) RNA molekülleri küçük transfer RNA (tRNA), ribozomal
RNA (rRNA), küçük nüklear RNA (snoRNA), mikroRNA (miRNA) ve küçük müdahaleci
(interfering) RNA (siRNA) gibi birçok sınıfa ayrılmaktadır. 2010 yılına kadar yapılan
çalışmalar sonucunda insan genomunda 940 miRNA molekülü tanımlanmıştır. Peki
tanımlanan bu miRNA molekülleri nedir ve fonksiyonları nelerdir? (1)
İlk defa Caenorhabditis elegans’ta keşfedilmiş ve birçok ökaryotik canlıda bulunan
miRNA’lar insan genomunda tahminen %1-5 oranında bulunmaktadır ve bu miRNA’ların
yaklaşık %30’u protein kodlayan genleri düzenlemektedirler. Şu ana kadar miRNA
moleküllerinin spesifik hedefleri ve biyolojik fonksiyonları hakkında çok az bilginin
bilinmesine rağmen miRNA’nın çeşitli hücresel ve metabolik yolakları kontrol eden gen
ifadelerinin düzenlenmesinde önemli rol oynadığı sonucuna ulaşılmıştır (1).
MikroRNA’lar küçük, evrimsel olarak korunmuş, tek zincirli, kodlama yapmayan RNA
molekülleridir. Bu kodlama yapmayan RNA’lar protein üretimini engellemek amacıyla
hedefleri olan mRNA’lara 2 farklı mekanizma ile bağlanmaktadırlar. Bu sayede mRNA’yı
degrede ederek ya da hücredeki translasyon işlemini baskılayarak hedef genin ifadesinin
düzenlenmesini sağlamaktadırlar (2).
MiRNA’lar hedef mRNA’ların kodlama dizilerine (CDS) veya çevirisi olmayan
bölgelerine (UTR) komplementer olarak bağlanarak transkripsiyon sonrası (post-
transkripsiyonel) düzenlemelerini yaparlar. MiRNA’lar pri-miRNA olarak transkribe olurlar.
DCGR8 ve RNAz III Drosha içeren nüklear kompleks tarafından kesilir ve pre-miRNA
meydana gelir. Pre-miRNA daha sonra çekirdekten 21-22 nt uzunluğunda bir çift iplik
(heliks) halinde exportin-5 ile sitoplazmaya taşınır. Burada Dicer tarafından kesilir ve olgun
miRNA halini alır. Son olarak rehber ipliğe Argonat ailesi üyesi olan RISC bağlanır ve olgun
miRNA hedef mRNA’ya bağlanarak ekspresyonunu düzenler (Şekil1) (2).
Şekil 1 MiRNA’ların biyogenezi yolağı
Epigenetik, DNA dizisinde değişiklik gerçekleşmeden gen ifadesinde meydana gelen kalıtsal
değişikler olarak tanımlanmaktadır. DNA’daki sitozin bazının metile olması ve histon
modifikasyonları gen düzenlenmesi, gelişimi ve karsinogenez üzerinde etkisi olan önemli 2
epigenetik mekanizmayı oluşturmaktadır (3). DNA metiasyonu, memelilerde gen ifadesinin
baskılanması, X kromozomonun inaktivasyonu gibi çeşitli süreçlerde rol oynamaktadır. Metil
grupları sitozin bazlarının 5. pozisyouna takılırlar. Memelilerde yaklaşık olarak %3 sitozin
bazı metillenmektedir ve bu sitozinlerin yanında genellikle guanin bulunmaktadır.
Metillenmenin gen üzerine 2 etkisi vardır. Bunlar etkiler sırasıyla: spesifik proteinlerin
DNA’ya bağlanmasının engellenmesi ve heterokormatin yapısının oluşmasıdır (4).
DNA metilasyonu heterokromatin oluşumunun ilk basamağını oluşturmaktadır. DNA
metiltransferaz (DNMT) ile DNA metillenir. Daha sonraki basamakta metilleniş DNA histon
deasetilaz (HDAC) ile daha sıkı paketlenir. Böylece DNA kompakt hale gelir ve DNA
transkripsiyonel olarak inaktif forma geçer (4).
DNA histonlar (H2A, H2B, H3 ve H4) yardımı ile paketlenirler. DNA oktamer yapıdaki bu
histon tiplerinin etrafına sarılarak nükleozom yapısını meydana getirerek daha yoğun forma
geçmektedir. Bir diğer epigenetik düzenleme mekanizması olan histon modifikasyonu ise
genellikle H3 ve H4 histonlarında meydana gelmektedir. Bu histonlar globular öz ve kuyruk
yapıları içerir. Böylece histonlardaki histon kodları ile histon modifikasyonları ve gen
ekspresyonunda çeşitli değişimler meydana gelmektedir. Histonlarda bulunan kuyruk
bölgelerindeki amino asitler epigenetik düzenlemeler tarafından modifiye edilmektedir.
Böylece gerçekleşen asetilasyon veya metilasyon olayları ile transkripsiyonun aktivasyonu
veya inaktivasyonu düzenlenmektedir (4).
Histon modifikasyonuna örnek verecek olursak Histon 3’ün kuruk bölgesindeki lizin 9 (K9)
‘u inceleyebiliriz. K9’a tek bir metil grubu takılması ile HP1 (keterokromatin bağlayan
protein 1) için bağlanma bölgesi yaratmaktadır. HP1 proteini DNA metil transferazı Histon
3’ün kuyruk bölgesine çekimleyerek transkripsiyonun inaktif hale gelmesine neden olur (4).
MiRNA’lar ile yakın ilişkisi olduğu düşünülmekte olan siRNA’lar ile gerçekleştirilen
çalışmalar sonucunda siRNA’ların hem DNA metilasyonunda hem de histon
modifikasyonunda yer aldığı gösterilmiştir. SiRNA ve miRNA’lar RNA engelleme
(interferans) (RNAi) yolağında etki eden enzimlerin birçoğunu ortak kullandığı gösterilen bu
küçük RNA’lar ayrıca histon modifikasyonu üzerinde de etki etmektedir. Arabidopsis’te
miRNA’lar ile ilgili gerçekleştirilmiş çalışmalar sonucunda miR-165 ve miR-166
miRNA’larının Arabidopsis’te bulunan PHABULOSA (PHB) geninin metilasyonu için gerekli
olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Fakat memeli hücrelerinde benzer sonuçlar henüz
gösterilememiştir. Buna ek olarak DNA metilasyonu işleminde önemli görevi olan DNMT1,
3a ve 3b’nin potansiyel olarak miRNA hedefleri olabileceği düşünülmektedir (4).
Saito ve arkadaşları gerçekleştirdikleri çalışmalar sonucunda DNA metilasyonu ve histon
modifikasyonu gibi epigenetik mekanizmalarındaki değişiklerin miRNA’ların ifadelerini
etkileyebileceğini göstermişlerdir. Buna örnek olarak miR-127’yi örnek verecek olursak bir
DNA metilasyon baskılayıcısı olan 5-Aza-CdR ve bir histon deasetilaz baskılayıcısı olan 4-
fenilbutirik asit (PBA) uygulaması sonucunda kanser hücrelerindeki miR-127 seviyelerinde
artışın meydana geldiği gözlenmiştir. Bu bulgu ışığında epigenetik mekanizmalar ve miRNA
arasında bir ilişkinin olduğu açıkça ortaya konmuştur (4).
Kaynakçalar:
1-MacFarlane L. and P. R. Murphy (2010). MicroRNA: Biogenesis, Function and Role in
Cancer. Current Genomics, 11, 537-561.
2-Leggio L. ,S. Vivarelli, F. L’Episcopo,C. Tirolo, S.Caniglia,N. Testa,B. Marchetti,N.Iraci
(2017). microRNAs in Parkinson’s Disease: From Pathogenesis to Novel Diagnostic and
Therapeutic Approaches. Int. J. Mol. Sci. 2017, 18, 2698
3- Chauang J.C. and P. A. Jones (2007). Epigenetics and MicroRNAs. International Pediatric
Research Foundation. Vol. 61, No. 5.
4- Molecular Biology of RNA- David Elliott, Michael Ladomery- Oxford University Press-
2016.