beyaz logo.png

Kodlanmayan DNA ( Non-coding DNA)

Besne Çelik - Tıbbi Biyoloji, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Ege Üniversitesi


Kodlamayan DNA dizileri, bir organizmanın DNA'sının protein dizilerini kodlamayan bileşenleridir. Bazı kodlamayan DNA, fonksiyonel kodlamayan RNA moleküllerine yani transfer RNA, ribozomal RNA ve düzenleyici RNA'lar kopyalanmaktadır. Kodlamayan DNA'nın diğer işlevleri arasında protein kodlayan dizilerin transkripsiyonel ve translasyonel düzenlemesi, iskele bağlanma bölgeleri, DNA replikasyonunun kökenleri, sentromerler ve telomerler bulunmaktadır. RNA olarak karşılığı ise kodlanmayan RNA'dır. Kodlanmayan DNA miktarı türler arasında büyük farklılıklar göstermektedir. Bu süreçte proteinlerin kodlanmasından genomun sadece küçük bir yüzdesi sorumlu olmaktadır. Bu durumda artan bir yüzdenin düzenleyici işlevlere sahip olduğu gösterilmiştir. Dolayısıyla kodlanmayan çok fazla DNA olduğundan, 1960’lı yıllarda tahmin edildiği gibi, büyük bir kısmın hiçbir biyolojik işlevi olmadığı belirlenmiştir. Bu zamandan beri, işlevsel olmayan kısım tartışmalı bir şekilde "çöp DNA (junk DNA)" olarak adlandırılmıştır[1].


ENCODE (DNA Elementleri Ansiklopedisi) projesi ile doğrudan biyokimyasal yaklaşımlarla, insan genomik DNA'sının en az % 80'inin "transkripsiyon, transkripsiyon faktör birliği, kromatin yapısı ve histon modifikasyonu" gibi biyokimyasal aktiviteye sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır[2]. Bu, birçok fonksiyonel kodlamayan bölgeyi keşfeden önceki on yıllar boyunca beklenmedik bir durum olmasa da, bazı bilim adamları, biyokimyasal aktiviteyi biyolojik fonksiyonla birleştirmek için sonucu eleştirmişlerdir[3,4]. Karşılaştırmalı genomiklere dayalı olarak insan genomunun biyolojik olarak işlevsel kısmı için tahminler %8 ile %15 arasında değişmektedir[5,6]. Bununla birlikte, kodlayıcı olmayan DNA'nın epigenetik aktivitede ve karmaşık genetik etkileşim ağlarında yer aldığı ve evrimsel gelişim biyolojisinde araştırıldığı tespit edildiğinden, diğerleri sınırlı kapsamı nedeniyle yalnızca karşılaştırmalı genomik tahminlerine dayanmaya karşı çıkmaktadır[7,8].


Kodlanmayan DNA Dizilerin Türleri


Cis ve Düzenleyici Unsurlar

Cis ve düzenleyici elemanlar, yakındaki bir genin transkripsiyonunu kontrol eden dizilerdir. Bu tür birçok unsur, gelişimin evrimi ve kontrolünde yer almaktadır. Cis elemanları 5' veya 3' çevrilmemiş bölgelerde veya intronlar içinde yer alabilmektedir. Trans-düzenleyici elemanlar, uzak bir genin transkripsiyonunu kontrol etmektedir[9]. Destekleyiciler ya da düzenleyiciler, belirli bir genin transkripsiyonunu kolaylaştırır bunun yanı sıra tipik olarak kodlama bölgesinin yukarısında olmaktadır. Destekleyici diziler ayrıca genlerin transkripsiyon seviyeleri üzerinde çok uzak etkiler gösterebilmektedir[10].


İntronlar

İntronlar, bir genin kodlamayan bölümleridir, öncü mRNA dizisine kopyalanır, ancak nihai olarak olgun haberci RNA'ya işleme sırasında RNA eklenmesiyle çıkarılmaktadır. Birçok intron, hareketli genetik elementler gibi görünmektedir. Tetrahymena protozoanlarından grup I intronları üzerinde yapılan çalışmalar, bazı intronların bencil genetik elementler gibi göründüğünü, konak için nötr olduğunu, çünkü RNA işlemesi sırasında yan ekzonlardan kendilerini uzaklaştırdıklarını ve intronlu ve intronsuz aleller arasında bir ekspresyon yanlılığı üretmediklerini göstermektedir. Bazı intronların, muhtemelen uzun süreler boyunca bu tür intronlara bağımlı halde olan konakçılarda belirgin ve protein kodlayan gen ekspresyonunun yanı sıra tRNA ve rRNA aktivitesini düzenleyebilen ribozim işlevselliği yolu ile önemli biyolojik fonksiyonlara sahip olduğu görülmektedir [11].


Psödogenler

Psödogenler, protein kodlama yeteneklerini kaybetmiş veya hücrede artık ifade edilmeyen bilinen genlerle ilgili DNA dizileridir. Psödogenler, fonksiyonel genlerin retrotranspozisyonundan veya genomik kopyalanmasından ortaya çıkar ve gen promotör bölgesi içinde olduğu gibi genin transkripsiyonunu önleyen veya ölümcül şekilde genin translasyonunu değiştiren mutasyonlar nedeniyle işlevsel olmayan "genomik fosiller" haline gelmektedir[12]. Bir RNA ara maddesinin retrotranspozisyonundan kaynaklanan psödogenler, işlenmiş psödogenler olarak bilinir; duplike genlerin genomik kalıntılarından veya inaktive edilmiş genlerin kalıntılarından ortaya çıkan psödogenler, işlenmemiş psödogenlerdir[13]. NUMT olarak da bilinen sitoplazmadan çekirdeğe bir zamanlar işlevsel olan mitokondriyal genlerin transpozisyonları da bir tür ortak psödogen olarak nitelendirilmektedir[14].


Telomerler

Telomerler, bir kromozom uçlarında bulunan ve DNA replikasyonu sırasında kromozomal bozulmaya karşı koruma sağlayan tekrarlayan DNA bölgeleridir. Son çalışmalar, telomerlerin kendi stabilitesine yardımcı olma işlevini gösterdiğini göstermiştir. Telomerik tekrar içeren RNA (TERRA), telomerlerden türetilen transkriptlerdir. TERRA'nın telomeraz aktivitesini koruduğu ve kromozomların uçlarını uzattığı belirlenmiştir[15].





Referanslar

1. Pennisi, E (2012). "Genomics. ENCODE project writes eulogy for junk DNA". Science. 337 (6099): 1159–1161. doi:10.1126/science.337.6099.1159.

2. The ENCODE Project Consortium ( 2012). "An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome". Nature. 489 (7414): 57–74 DOI: 10.1038/nature11247.

3. Costa, F. (2012). "7 Non-coding RNAs, Epigenomics, and Complexity in Human Cells". In Morris KV (ed.). Non-coding RNAs and Epigenetic Regulation of Gene Expression: Drivers of Natural Selection. Caister Academic Press. ISBN 978-1904455943.

4. Graur, D., Zheng, Y., Price, N., Azevedo, R.B., Zufall, R.A., Elhaik, E. (2013). "On the immortality of television sets: "function" in the human genome according to the evolution-free gospel of ENCODE". Genome Biology and Evolution. 5 (3): 578–90. DOI: 10.1093/gbe/evt028.

5. Kellis, M., Wold, B., Snyder, M.P., Bernstein, B.E., Kundaje, A., Marinov, G.K. ( 2014). "Defining functional DNA elements in the human genome". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (17): 6131–8. DOI:10.1073/pnas.1318948111

6. Rands, C.M., Meader, S., Ponting, C.P., Lunter, G. (2014). "8.2% of the Human genome is constrained: variation in rates of turnover across functional element classes in the human lineage". PLOS Genetics. 10 (7): e1004525. doi:10.1371/journal.pgen.1004525.

7. Mattick, J.S. (2013). "The extent of functionality in the human genome". The HUGO Journal. 7 (1): 2. DOI:10.1186/1877-6566-7-2.

8. Morris K, ed. (2012). Non-Coding RNAs and Epigenetic Regulation of Gene Expression: Drivers of Natural Selection. Norfolk, UK: Caister Academic Press. ISBN 978-1904455943.

9. Carroll, S.B. (2008). "Evo-devo and an expanding evolutionary synthesis: a genetic theory of morphological evolution". Cell. 134 (1): 25–36. doi:10.1016/j.cell.2008.06.030.

10. Visel, A., Rubin, E.M., Pennacchio, L.A. (2009). "Genomic views of distant-acting enhancers". Nature. 461 (7261): 199–205. DOI:10.1038/nature08451.

11. Nielsen, H., Johansen, S.D. (2009). "Group I introns: Moving in new directions". RNA Biology. 6 (4): 375–83. doi:10.4161/rna.6.4.9334

12. Zheng, D., Frankish, A., Baertsch, R., Kapranov, P., Reymond, A., Choo, S.W., Lu, Y., Denoeud, F., Antonarakis, S.E., Snyder, M., Ruan, Y., Wei, C.L., Gingeras, T.R., Guigó, R., Harrow, J.,… Gerstein, M.B. (2007). "Pseudogenes in the ENCODE regions: consensus annotation, analysis of transcription, and evolution". Genome Research. 17 (6): 839–51. doi:10.1101/gr.5586307

13. Petrov, D.A., Hartl, D.L. (2000). "Pseudogene evolution and natural selection for a compact genome". The Journal of Heredity. 91 (3): 221–7. DOI:10.1093/jhered/91.3.221.

14. Lopez, J.V., Yuhki, N., Masuda, R., Modi, W., O'Brien, S.J. (1994). "Numt, a recent transfer and tandem amplification of mitochondrial DNA to the nuclear genome of the domestic cat". Journal of Molecular Evolution. 39 (2): 174–190. DOI:10.1007/bf00163806

15. Cusanelli, E., Chartrand, P. (2014). "Telomeric noncoding RNA: telomeric repeat-containing RNA in telomere biology". Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA. 5 (3): 407–19. doi:10.1002/wrna.1220


93 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör

Ağrı