2. Epigenetik ?
• Epi(yukarısında)+ genetik = EPİGENETİK
• DNA dizi bilgisinde herhangi bir değişiklik
olmaksızın(mutasyon) gen anlatımını değiştiren değişiklikler
epigenetik olarak tanımlanır.
• Epigenetik değişimler farklı gen setlerinin anlatımı ile oluşur
ve sonraki nesillere aktarılır. Bitkiler belirli stress koşullarında
epigenetik değişiklikler geçirerek stresi tolere etmeye çalışır
stress ortadan kalkınca bazal seviyesine dönebilir.
3. • DNA baz dizisi genetik bilgiyi taşırken kromatin yapısı
dinamiktir ve epigenetik bilgiyi taşır
• Organizmadaki her hücre aynı genetik bilgiyi taşırken
farklı yönlerde gelişim gösterirler.
4. • Epigenetik değişimler kimyasal etiketlerle gerçekleşir.
• Kimyasal etiketler DNA nükleotidleri ve histon
proteinlerinde yer alırlar. Dinamik kromatin yapının
modifikasyonunu düzenleyerek anlatımı etkiler.
5. Bitkiler tehlikeden
kaçamaz!!
Epigenetik nedenler
Epigenetik değişimlerin
kaynakları
Hormonlar
Metabolizma
Cinsiyet
Yaşlanma
Biotik (iç çevre)
Sıcaklık
İlaçlar(herbisit,insektisit)
Işık
Kuraklık
Tuzluluk
Çevre kirliliği vb.
Abiotik(dış çevre)
6. • Ökaryotik DNA’sı çıplak değildir histon ve diğer
proteinlerle paketlenerek kromatin yapısını oluşturur.
• Yaklaşık 147 bp uzunluğundaki DNA’nın histon oktomeri
etrafını sarması ile NUKLEOZOM yapısını oluşturur.
• Histon oktomeri= 8 tane histon =2X H2A + 2X H2B +
2X H3 + 2X H4
7.
8. • DNA dizisinin histon oktomeri etrafında sarılma derecesi
ve ek katlanmalar,paketlenmeler heterokromatin ve
ökromatin yapıyı oluşturur böylece kromozomlar hetero-
ve ökromatin bölgeler içerir.
• Nukleusta heterokromatin ve okromatin farklı bölgeler
oluşturur.
•
11. • DNA metilasyonu en iyi karakterize edilmiş modifikasyondur.
• Memelilerde neredeyse tüm metilasyonlar CpG adalarının
sitozin bakiyelerinde gerçekleşir.(genomun yüksek
yoğunluktaki CpG bölgelerine CpG adaları denir.)
• DNA sitozin modifikasyonu ile kovelent değişim gösterir.
• Metilasyon sitozinin 5C u metiltransferaz(metilaz) tarafından
gerçekleştirilir.
12. • CpG adalarının metilasyonu transkripsiyonu baskılayarak
gen sessizleşmesine neden olur.
• DNA metilasyonu DNA replikasyonu sırasında
uyarılabilir.
• Aynı zamanda baz çifti hatalarının tamirinde hangisinin
eski iplik olduğunu belirtir
13. • Asimetrik DNA metilasyonun devam ettirilebilmesi için
ek bilgilere gereksinim vardır.
• Histonlar üzerindeki bilgi ile ve RNA temelli
mekanizma(RdDM) ile metilasyon bölgelerini sürdürür.
Bu mekanizma DNA metilazları bölgeye yönlendirir.
14. • Bazı bölgeler ise küçük interfering RNA’lar (siRNA) ile
sürdürülür(hangi genlerin aktif olacağını ve nasıl aktif
olacağını belirleyen mekanizmanın parçası)
19. HİSTON
MODİFİKASYONLARI
• Histon monomerlerinin amino terminal ucu modifiye
edilebilecek şekilde nukleozomun dışına uzanır. Böylece
modifikasyona açık olur.
• Histon proteinleri kromotin yapısını etkileyebilecek
şekilde modifiye olabilirler.
20. • Asetilasyon(Ac)
• Metilasyon(Me)
• Fosforilasyon(P)
• Ubiqutinasyon(Ub)
• Sümoylasyon(Su)
• Belirli histon modifikasyonalrıdır. Pozisyona bağlı olarak
bu durum aktivasyona yada inaktivasyona neden olur.
21. Histon asetilasyonu
• Histonların asetillenmesi kromotinin açılmasına neden
olur ve transkripsiyon oluşturur.
• Histon asetilaz(HAT) tarafından asetillenirler.
22. Asetilasyonun 2
fonksiyonu
1. Pozitif yüklü lizin bakiyeleri nötralize olur
2. Histon uçları ile yapısal proteinler arasındaki
bağlantıları destabilize eder.
• Böylece: nükleozomlar arası zay-
ıf bağlantılar oluşur.histon uçları
DNA yı sınırlamaz. Transkripsiyon
Faktörleri DNA’ya bağlanabilir.
(hiperasetilasyon)
23. Histon de-asetilasyonu
• Histonların deasetillenmesi kromatinin sıkıca
paketkenmesine neden olur.böylece transkripsiyon
faktörlerine karşı gen anlatım bölgesi kapalıdır.
• Histon deasetilaz(HDAC) tarafından gerçekleştirilir.
25. • Kromatin yapısımı histon modifikasyonları belirler.
• Farklı histon modifikasyonları genler ve transpozonlarla
ilişkilidir.
• Hangi tip modifikasyonun ,hangi bakiyelerde,hangi
düzeyde olduğu kromatinin yapısını belirler
28. Bitkilerde epigenetik
kontrol
Bitkilerde epigenetik genom düzenlenmesiyle
• Transpozon suskunluğu
• Çiçeklenme zamanı kontrolü
• İmprinted genlerin kontrolü
• İntrans gen suskunluğu paramutasyon
• Epigenom resetting ..vb..
Mekanizmalrı kontrol edilir.
29. • Yeni kromozom bölgelerine girebilen DNA parçalarına
transpozomlar denir ve bazıları kendilerini kopyalayarak
genomdaki sayılarını arttırır. Tek gen mutasyonlarından
ve kromozom yapı değişimlerinden sorumlu olabilirler.
• Transpozon elementler inaktif veya stabil olmayan
alleller oluşturabilir.
31. • Mısırda birçok transpozon vardır epigenetik
işaretler(DNA met, histon modif) yabancı DNA yı
(transpozon,virüsler) susturmaya yönelik
evrimleşmişlerdir.
• Epigenetiği etkileyen mutasyonlar transpozonları
suskunluktan çıkartır.
33. • ddm mutasyonu ile transpozonlar aktive olur. Genom
boyunca yayılarak yeni mutasyonlar oluştururlar.
• Epigenetik düzenleme ile transpozonların susturulması
genomik integrite için şarttır.
35. Bitkilerde transkripsiyon sonrası gen
baskılama (post transkripsiyonel gene
silencing ,PTGS)= Co-supresyon
• 1980’li yıllarda Jorgensen ve ark. genetik transformasyon ile
petunya pigmentasyonundan sorumlu bir enzim
genini(chalcone sentaz,chs) aktararak daha mor renkli
petunyalar eldesini amaçlamışlar ancak bu daha alacalı ve
beyaz petunyalar eldesine neden olmuştur.
• Chs mRNA’sının transkripsiyonunun azalmadığını
görmüşlerdir ve transkripsiyon sonrası mRNA baskılaması
(PTGS) ile hem endojenik hemde eksojenik genin
ekspresyonunu düzenelyen bu mekanizmayı co-supresyon
olarak tanımlamışlar
• Daha sonra yapılan çalışmalar transgenin ekspresyonun çift
zincirli RNA(dsRNA) oluşumuna yol açtığı ve co-supresyonu
başlattığını göstermiştir.
36. • RNA interferans(RNAi)= çift zincirli RNA’nın(dsRNA)
hücreye girdiği zaman komplementer mRNA dizisinin
parçalanmasına yol açmasıyla sonuçlanan transkripsiyon
sonrası gen susturma mekanizması[1]
• Doğal bir mekanizma virus kalıtım materyali ve
transpozon elementlerin istilasına karşı hücresel
savunmada rol oynar
• Ayrıca ökaryotik canlıların gelişimsel programlarının
fonksiyonu için önemli olan transkripsiyon sonrası gen
susturma ile gen regülasyonunda önemli rol
oynamaktadır.[2]
37. dsRNA indükleyici gen baskılama temeline dayanan
biyolojik yollar hemen hemen tüm ökaryotik
canlılarda vardır.
• RNA’ya dayalı gen baskılama mekanizmasında;
• Bazı bileşenler başlatıcı(initiator)(Dicer enzimi )
• Bazıları efektör(siRNA,RISC))
• Bazıları ise çoğaltıcı ya da iletici olarak görev
yapmaktadır.(sekonder siRNA)
38. Dicer enzimi
• Rnase III ribonükleaz ailesine ait enzimler RNA
interferansın ilk adımını başlatır.
• dsRNase aktivitesi ile dsRNA’ları siRNA (small
interfering RNA) adı verilen 21-23 nükleotid
uzunluğunda küçük engelleyici RNA’lara parçalar
• Dicer enziminin sahip olduğu helikaz domeini ise
siRNA’nın açılmasında ve tek zincirin RISC kompleksine
aktarılmasında rol oynar
• Dicer enzimi fungus,bitki ,memelilerde korunmuş
olmasına rağmen bazı farklılıklar gösterir [3]
39. siRNA(small interfering RNA)
• RNA’ya dayalı gen baskılaması dicer enzimleriyle
başlatılsa da etki edici faktör siRNA’lardır.
• siRNA’lar uygun mRNA degragasyonu için rehber görevi
görürler
• siRNA’lar 5’ fosfat ve 3’OH uçlarına sahip olamsı ve
3’OH ucunda 2-3 nükleotidlik bir çıkıntı olması RISC
kompleksine bağlanması ve RNAi mekanizmasının
sonraki aşamaları için önemlidir.[4]
40. RISC(RNA induced silencing complex,RNA
indükleyici baskılama kompleksi)
• RISC nükleaz aktiviteli, RNA-multiprotein olup asimetrik
olarak siRNA’lara bağlanır ve siRNA rehberliğinde
komplementer hedef mRNA’yı parçalar.
• RISC yapısında endonükleaz,eksonükleaz ve helikaz
enzimlerini içermektedir
• RISC ‘ ın temel bileşeni olan Argonaute proteinleri 2
korunmuş domain içerir(PAZ,PIWI)
• PAZ domaini dicer enzimlerinde de bulunurken PIWI
domaini RISC’e özgüdür
41. • Arganaute proteinleri hedef mRNA için temel katalitik
bölge olup PAZ domaini rehber zincirin(siRNA) 3’ucuna
bağlanmada rol alırken PIWI domaini ise mRNA’nın
kesiminde rol oynar.[5]
42.
43. Micro-RNA(miRNA)
• miRNA’ların siRNA’lardan oluştuğu düşünülmektedir ve
benzer şekilde üretilip iş görmektedir.
• Bitkilerde korunmuş az sayıda miRNA ve korunmamış
çok sayıda miRNA varlığı bilinmektedir.
• miRNA’lar spesifik MIR genleri tarafından kodlansa da
``trans-acting`` oldukları için başka genlerle çalışır
• miRNA bitkilerde gelişimsel ve fizyolojik olayları
düzenler.
45. • Sonuç olarak small RNA lar genomun düzenlenmesi ve
savunmasında katkı sağlar.
• siRNA hedefleri çok tekrara sahip
heterokromatin,transpozon,virüs veya diğer patojenleri
kapsar
• miRNA ve siRNA’lar gelişimsel zamanlama,besin
dengesi ve stress cevabında rol oynar.
47. Bitkilerde çiçeklenme zamanının epigenetik kontrolü
• Bazı bitkiler çiçeklenme periyoduna geçmeden önce uzun
soğuk uygulamasına (vernalizasyon) ihtiyaç duyarlar.
• Çiçeklenme lokusu C(FLC) bir çiçeklenme inhibitörüdür.Bunu
bir çiçeklenme aktivatörü olan FT genini inhibe ederek yapar.
• FLC mutant bitkiler vernalizasyon ihtiyacını ortadan
kaldırarak çiçeklenme ihtiyacını yok
• eder.
48. FLC geni vernalizasyon sırasında epigenetik modifikasyonlarla
düzenlenir
• FLC geni anlatımı soğuk ile susturulur
49. VIN3 geni ve PRC2 kompleksi vernalizasyon sırasında
aktifleşerek FLC modifikasyonları ile suskunlaşmayı sağlarlar.
51. İmprinted genlerin
epigenetik kontrolü
• Genetik imprinting genetik materyalin anneden veya babadan
kalıtılmış olmasına bağlı olarak farklı ekspresyonudur.
• Zigot her genin biri anneden biri babadan gelen 2 kopyasını
taşır.lokusların çoğunda iki gen de aktiftir. Ancak bazı
imprinted lokuslar sadece maternal genomda yada sadece
paternal genomda anlatımını yaparlar.
• Partonegenezi önleyen bir mekanizmadır
52. • 2 ebeveyn genomu eş değer değildir.
• Angiospermler genomik imprinting gösterirler fakat
onların çoğalması hayvanlarınkinden daha karmaşıktır.
53.
54.
55.
56. MEDEA(MEA) geni imprinting bir gendir
• Yabani tip MAE geni paternal allelde hep
suskundur.MAE geni maternal allelde anlatım yapar.yani
MAE geni anneden kalıtılır.
57. İn trans suskunluk: paramutasyon
• Paramutasyon=Bir alleldeki kalıtsal değişikliğin diğer
allel tarafından uyarılması ile ekspresyonunun
değişmesi.Paramutasyon aynı lokustaki iki allel
arasındaki ilişkiden oluşur.
• Mısırdaki B-1 alleli paramutagenik bir allel içerir.
58.
59. • B’ alleli B-1 allelini B’ alleline çevirerek anlatım
yapmasını engeller.Bunu paramutasyon ile yapar.
60. Epigenetik
mekanizmaların kalıtımı
• Hücreye kimliğini kazandıran epigenetik modifikasyonlar
mitoz bölünme ile bir sonraki hücre soyuna nasıl aktarıldığı ve
bu bilgilerin organizmadan bir sonraki generasyona nasıl
aktarıldığı hala merak konusudur.
• Epigenetik işaretleme profilinin dölden döle aktarıldığının
sayısız kanıtı mevcuttur.
• Bitkilerde yapılan bir çalışmada strese maruz bırakılan bitkiler
strese adaptayon için gen anlatımlarını değiştirdikleri
böylelikle yeni bir fenotip ortaya çıkardıkları gözlenmiştir.
• Yeni fenotipe sahip bitkiler stress ortamından
uzaklaştırılmalarına rağmen 4 generasyon boyunca
adaptasyonu korumuşlaradır. Stress hafızası vardır.
