Gen ifadesinin düzenlenmesi
Gen ifadesinin düzenlenmesi ya da gen ifadesinin denetimi, hücrelerin ve virüslerin genlerindeki bilgiyi gen ürünlerine çevirmesini kapsayan süreçler için kullanılan bir terimdir. İşlevsel bir genin ürünleri RNA veya protein olabilir; bilinen mekanizmaların en temeli protein kodlayan genlerin düzenlenmesidir. Gen ifadesinin, DNA-RNA transkripsiyonundan, proteinin translasyon sonrası değişimlerine kadar olan herhangi bir adımı değiştirilip, ayarlanabilmektedir.
Gen düzenlenmesi, hücrenin ihtiyacı olduğunda proteinlerin sentezlenmesine izin vererek bir canlının değişkenliğini ve uyumunu artırabildiği için; virüsler, prokaryotlar ve ökaryotlar için gerekli bir işleyiştir. Dahası; gen düzenlenmesi, hücresel farklılaşma ve morfogenezin işleyişlerini, çok hücreli canlılarda hücrelerin farklı tiplerinin hepsi temelde aynı genom dizisine sahip olmalarına karşın, farklı gen ifadelerini sergiledikleri farklı hücre tiplerinin oluşumuna öncülük ederek kontrol etmektedir.
Gen denetimi sisteminin Jacques Monod tarafından ilk keşfedilen örneği, sadece laktozun varlığı ve glukozun yokluğunda E.coli tarafından ifade edilen proteinlerle ve laktoz metabolizmasıyla ilişkili olan lac operonudur.
Gen ifadesinin düzenleme basamakları
Gen ifadesinin, DNA_RNA transkripsiyonundan, proteinin translasyon sonrası değişimlerine kadar olan herhangi bir adımı değiştirilip, ayarlanabilir. Gen düzenlemesinin yapıldığı basamakların listesi şu şekildedir:
- Kromatin bölgeleri
- Transkripsiyon
- Transkripsiyon sonrası değişimler
- RNA taşınımı
- Translasyon
- mRNA bozulumu
- Translasyon sonrası değişimler
DNA'nın değişimi
Ökaryotlarda, DNA'nın geniş bölgelerine erişim, DNA metilasyonu, ncRNA ya da DNA'ya bağlanan proteinler tarafından yönlendirilen, histon modifikasyonlarının sonucu olarak değiştirilebilen kromatin yapısına bağlıdır.
Kimyasal
DNA metillenmesi gen susturmanın yaygın bir yöntemidir. DNA sıklıkla, CpG dinükleotid dizisindeki (kümelendiklerinde "CpG adacıkları" olarak da bilinir) sitozin nükleotidlerinde bulunan metiltransferaz enzimleri tarafından metillenir. Metillenmiş sitozin kalıntıları bu işlemle değiştirilemezken, metillenmemiş olanlar urasile dönüştürülebilir. Normal olmayan metilasyon kalıpları karsinogenez ile ilişkilendirilmiştir.
DNA'nın metilasyona verilen (bir promotor olabilen) bölgesinin örnek analizi, bisülfit haritalaması olarak bilinen yöntemle yapılabilir. DNA dizilemesi ya da miktarı belirleyen SNPlerle geliştirilmiş Pyro-dizileme (Biyotaj), MassArray (Sequenom) gibi) metotların analizleri arasındaki farklılıklar, CG dinükleotidindeki C/T miktarlarını yaklaşık olarak ölçmelerinden kaynaklanmaktadır.
Yapısal
DNA'nın yazılımı (transkripsiyonu), kendi yapısı tarafından belirlenmektedir. Genelde, DNA paketinin yoğunluğu, yazılımın sıklığını belirleyen etkendir. Oktamerik protein kompleksleri "nükleozom" olarak isimlendirilir ve DNA'nın süper-kıvrımlarının bir miktarından sorumludur, ve bu kompleksler fosforilasyon ya da daimi olan değiştirme yapan metilasyon olarak bilinen süreçlerle düzenli olarak değiştirilebilmektedir. Böyle değişimlerin genin ifadesinin seviyelerindeki az veya çok kalıcı değişimlerden sorumlu olduğu düşünülmektedir.
Histon asetilasyonu da transkripsiyondaki önemli başka bir süreçtir. CREB bağlayan protein gibi histon asetiltransferaz enzimleri de (HATlar), transkripsiyonun devam etmesine izin vererek DNA'yı histon kompleksinden ayırır.
Çoğunlukla DNA metilasyonu ve histon deasetilasyonu gen susturmada birlikte çalışırlar. Bu ikilinin birlikte çalışması, gen ifadesini zayıflatarak, DNA'nın daha yoğun paketlenmesinin sinyali gibi görünmektedir.
Transkripsiyonun Düzenlenmesi
Transkripsiyonun düzenlenmesi transkripsiyonun gerçekleşme zamanını ve oluşacak RNA miktarını kontrol eder. Bir genin RNA polimeraz tarafından transkripsiyonu en az beş mekanizma tarafından düzenlenebilir:
- Özgül faktörler bağlanma uygunluğunu artırarak ya da azaltarak RNA polimerazın belli bir promotor ya da promotor grubuna özgüllüğünü değiştirir(örn. prokaryotik transkripsiyon da kullanılan sigma faktör ).
- Baskılayıcılar DNA ipliğinde promotor yakınında ya da promotor bölgesinde bulunan kodlanmayan dizilere bağlanarak RNA polimerazın iplik boyunca ilerleyişini ve böylece genin ekspresyonunu engellerler.
- Genel transkripsiyon faktörleri Bu transkripsiyon faktörleri RNA polimerazı protein kodlayan bir dizinin başlangıcına yerleştirir ve sonra mRNA'yı transkribe etmesi için polimerazı serbest bırakır..
- Aktivatörler RNA polimeraz ve belli bir promotor arasındaki etkileşimi artırır,genin ekspresyonunu teşvik eder.Aktivatörler bunu RNA polimerazın promotora cazibesini artırarak (direkt RNA polimerazın alt birimleri ile etkileşime girerek ya da indirekt olarak DNA'nın yapısını değiştirerek) yaparlar.