DNA Tamiri ve Kromozom İnstabilite Sendromları
Replikasyon, rekombinasyon, DNA tamiri, kromozom ayrılması sırasında veya hücre döngüsü kontrol noktalarında meydana gelen hatalara bağlı olarak kromozomlarda anomali gelişme ihtimalinin artması kromozom instabilitesi olarak tanımlanmaktadır. Kromozom instabilite sendromları ise kromozom instabilitesi ve kromozom kırıklarının izlendiği bir grup kalıtsal hastalığa verilen genel addır. Bu hastalıkların başlıca ortak özellikleri kalıtsal olmaları, kromozomlardaki kararsızlık sonucu çeşitli malignitelerin gelişmesi ve immün bozuklukların izlenmesidir. Bu sendromlardaki patolojik özellikler moleküler mekanizmalar bakımından incelendiğinde DNA tamiri ve kromozom bütünlüğünün sağlanması için gerekli olan proteinlerde ve bu proteinleri kodlayan genlerde defektler olduğu ortaya çıkmıştır. Kromozom instabilite sendromlarında iyonize edici radyasyon, ultraviyole ışınlar ve kimyasalların etkisiyle gelişen DNA hasarları tamir edilememekte, gelişen krozomom instabilitesi sonucunda kromozomlarda kırılma ve yeniden düzenlenmeler meydana gelmektedir. Henüz bu sendromlarda geçerli olan mekanizmalar tamamen açıklığa kavuşmamış olmakla birlikte, ilgili genetik çalışmalar özellikle DNA tamiri ve bu süreçle ilgili genlerin önemini ortaya koymaktadır
Hücrelerin metabolik aktiviteleri ve çevresel faktörler hücrelerin zarar görmesine ve DNA yapısının değişmesine neden olabilmektedir. DNA tamiri, endojen ve ekzojen faktörlerin etkisiyle DNA moleküllerinde meydana gelen hataları onaran mekanizmaları tanımlamak için kullanılan bir terimdir. DNA hasarları tamir edilemediği takdirde mutasyonlara ve genomik kararsızlığa neden olmaktadır. Küçük hasarlar çoğunlukla DNA onarım sistemleri tarafından onarılırken yüksek düzeydeki hasarlar apoptozu uyararak hücre ölümüne yol açmaktadır. Orta derecedeki hasarların birikimi ise mutasyonlara neden olmaktadır. DNA tamir mekanizmaları genomik kararlılığın devamını sağlayan sistemlerdir. DNA tamir sisteminde 100’den fazla gen rol oynamakta ve bu genlerin kodladığı proteinler tamir mekanizmalarında görev almaktadırlar. DNA tamir mekanizmaları 5 başlık altında sınıflandırılmaktadır:
1- Direk Tamir Mekanizmaları:
a) Fotoreaktivasyon: Ultraviyole ışınların (UV) etkisiyle meydana gelen mutasyonları içeren hücreler, 300–500 nm dalga boyundaki görünür ışığa maruz bırakıldıklarında, geriye dönüşüm yapıp düzelmektedir. Bu olaya fotoreaktivasyon denmekte ve evrim sürecinde bu sistemin korunmuş olduğu bildirilmektedir. Işık ve iki kromoforu sayesinde DNA fotoliaz enzimi aktive olarak bu dönüşümü gerçekleştirmektedir. Ökaryotik canlılarda bu enzim bulunmadığından bu tamir sistemi prokaryotlara özgü bir mekanizma olarak izlenmektedir.
b) O6-Metilguanin Tamiri: O6-Metilguanin alkilleyici ajanlar varlığında oluşmaktadır ve yüksek oranda mutajeniktir. O6-Metilguanin-DNA metil transferaz enzimi, DNA’daki yanlış metillenen bazların CH3 gruplarını kendi sistein kalıntılarına transfer ederek normal Guanin oluşumunu sağlamaktadır. Bunu yaparken enzim geri dönüşümsüz olarak baskılanmakta ve işlev dışı kalmaktadır. Böylece bu onarımda enzimin özgünlüğü kadar sayısı da önem kazanmaktadır.
c) Basit Tek Zincir Kırıklarının Ligasyonu: X-ışını ya da peroksitler gibi bazı ajanlar DNA zincirinde basit kırıklara neden olabilmektedir. Bir zincirde olan basit kırıklar DNA ligaz enzimi ile hemen tamir edilmektedir. DNA ligaz; enerji gerektiren bir reaksiyon ile 5'fosfat grubu ile 3'OH grubu arasındaki fosfodiester bağını oluşturmakta ve söz konusu hasarı tamir etmektedir (26, 38, 44, 155).
2- Kesip-Çıkarma Tamiri (Ekzisyon Tipi Tamir)
Tüm prokaryot ve ökaryot organizmalarda bulunan bu tip tamir sistemi 3 temel basamak içerir; önce hasar veya hata tanınır ve enzimatik olarak bir nükleaz tarafından kesip çıkarılır. Ardından DNA polimeraz oluşan boşlukları doldurur. Son olarak DNA ligaz son bağı kurar ve boşluk tamamen kapanır. Bu tip tamir kendi içinde üç grupta ele alınmaktadır:
a) Baz Ekzisyon Tamiri (BER): DNA bazlarının doğal hidrolizi veya kimyasal ajanlar nedeni ile oluşan, uygun olmayan bazların tamiridir. BER’de görev alan başlıca enzim DNA glikozilazdır. Bu enzim, spontan olarak ya da kimyasal etkisiyle oluşan deaminasyon veya iyonize edici radyasyon ve oksidatif hasar sonucu oluşan baz değişikliklerine (urasil, hipoksantin, 3-metiladenin vb.) spesifiktir. DNA glikozilaz, ortamda uygun olmayan bazı tanıma özelliğine sahiptir. Ancak, metillenmiş sitozinden amino grubunun uzaklaşmasıyla oluşan timini DNA’dan çıkartamamaktadır, çünkü timin DNA için normal bir bazdır. DNA glikozilaz değiştirilmesi gereken bazı deoksiriboz şeker ve baz arasındaki N-glikozidik bağın hidrolizi ile uzaklaştırmaktadır. Bunu yaparken de hatalı baza özgün glikozilaz enzim formunu kullanmaktadır (UrasilDNA glikozilaz gibi). Sorunlu bazın uzaklaştırılmasıyla abazik (apirimidinik ya da apürinik) bir bölge oluşmaktadır (AP bölge). AP bölgeyi spesifik AP endonükleaz enzimleri tanımakta ve bu enzimler zincirde bir çentik açmaktadırlar. Ekzonükleaz enziminin fosfat ve şekeri ayırmasını takiben oluşan boşluk DNA polimeraz ile doldurulmakta ve ligaz ile fosfodiester bağlantı sağlanmaktadır.
b) Nükleotid Ekzisyon Tamiri (NER): DNA'nın sarmal yapısında büyük bozulmalara neden olan DNA hataları NER sistemi ile onarılmaktadır. UV kaynaklı pirimidin dimerleri, sigara nedenli benzopiren-guanin gibi baz değişimleri, kemoterapötik ilaçlarla oluşan baz değişimleri BER’de bazlar tek olarak kesip çıkarılırken, NER’de hasarlı bazlar oligonükleotid parçaları olarak kesip yapıdan çıkarılmaktadır.
c) Mismatch (Yanlış Eşleşme) Eksizyon Tamiri (MER): DNA polimeraz, replikasyon sırasında hata okuma (proofreading) yeteneğine sahiptir. Mismatch eksizyon tamiri, hata okuma sonrası bile kalan yanlış eşleşmeleri tamir eden mekanizmadır.
3- Rekombinasyon Tamiri
DNA hasarı diğer tamir sistemleri ile tamir edilememişse, replikasyondan sonra aktif olan mekanizmadır. Bir hata bulunduran DNA replike olurken, DNA polimeraz önce bu hasarda duraklamaktadır. Hasarlı bölgeyi de içine alacak şekilde boşluk bırakarak atlayarak senteze devam etmektedir. Burada görev alan Rec A proteini, ana (kalıp) zincirdeki hasarsız diziyi yeni sentezlenen zincire transfer etmekte, oluşan boşluk DNA polimeraz ve DNA ligaz enzimleri sayesinde doldurulmaktadır. Halen bulunan hasarlı bölge ise diğer tamir sistemleri ile onarılmaktadır.
4- SOS Tamiri
DNA hasarının yüksek oranda olduğu ve diğer tamir mekanizmalarının başarılı olamadığı durumlarda devreye giren acil cevap sistemidir. DNA sentezi sırasında, hatalı bölgenin üzerinden atlamak yerine sistem, DNA polimerazın hataya rağmen replikasyonu devam ettirmesini sağlamaktadır. Fakat bu şekilde replikasyonun doğruluğundan fedakarlık edilmektedir. Bu nedenle bu tip tamir mekanizmasına hataya meyilli sistem de denmektedir(Geçmiş olsun dileklerimizle http://zehirlenme.blogspot.com )
5- Çift zincir kırıklarının tamiri
DNA çift zincir kırıkları, DNA hasarının en ağır şeklidir. Onarılmazsa kromozomların kırılmasına ve hücre ölümüne varan sonuçlar doğurabilmekte, yanlış onarılırsa translokasyonlar başta olmak üzere çeşitli kromozom anomalilerine yol açmaktadırlar. Çift zincir kırıklarına neden olan en önemli ekzojen ajan iyonize edici radyasyondur. Đyonize edici radyasyon ve oksidatif hasar sonucu veya doğal yollarla oluşan DNA çift zincir kırıkları ökaryotik hücrelerde iki temel şekilde tamir edilmektedir; bunlar serbest uçların homolog olmayan şekilde bağlanması (non-homolog end joining; NHEJ), ve homolog rekombinasyon (HR) olarak adlandırılmaktadır. NHEJ hataya meyilli bir yol olup serbest DNA uçlarının işlenip direk bağlanması anlamına gelmektedir. HR’de ise DNA çift zincir kırıkları, genetik bilgi korunarak, homolog DNA ile rekombinasyon aracılığıyla tamir edilmektedir. Kardeş kromatidler kullanılarak çift zincir kırıkları onarıldığından, bu tip tamir hatadan arınmış bir onarımdır