DNA Ligaz Nedir, Yapı, Sınıflandırma ve Fonksiyonları
DNA ligazlar, DNA zincir kırıklarının DNA replikasyonu, rekombinasyonu ve tamiri esnasında birleştirilmesinde rol alan önemli enzimlerdir (Tomkinson ve ark 1991, Mossi ve ark 1998, Doherty ve Suh 2000, Wilkinson ve ark 2003). Yüksek organizmalarda farklı tipte DNA ligazlar tespit edilmiştir (Gennery ve Jeggo 2000, Wilkinson ve ark 2003). DNA ligazlar iki iplikli DNA’da tek zincir kırıklarındaki fosfodiester bağların oluşumunu katalizlemektedir (Tomkinson ve Mackey 1998, Mossi ve ark 1998, Gennery ve Jeggo 2000, Timson ve ark 2000). Tüm organizmalarda bulunmalarına rağmen amino asit dizileri, moleküler büyüklük ve özellikleri bakımından organizmalar arasında farklılıklar göstermektedirler. Bu enzimler, kofaktör özelliklerine göre aktivasyon için NAD gerektiren ve ATP gerektiren olmak üzere iki gruba ayrılmıştır. Ökaryotik organizmalardaki DNA ligazlar ATP gerektiren enzimlerdir (Tomkinson ve Mackey 1998, Timson ve ark 2000, Liu ve ark 2004, Martin ve MacNeill 2002). NAD gerektiren DNA ligazlar ise sadece prokaryotik organizmalarda gözlenmiştir (Doherty ve Suh 2000, Martin ve MacNeill 2002, Wilkinson ve ark 2005).
Memeli doku ve hücrelerinde 5 farklı DNA ligaz enzimi bulunmuştur ve DNA ligazları kodlayan 3 farklı DNA ligaz geni (lig1, lig3, lig4) tespit edilmiştir (Tomkinson ve Mackey 1998, Timson ve ark 2000). Yapılan çalışmalarda DNA ligazların DNA metabolizmasında farklı rollere sahip olduğu gösterilmiştir (Tomkinson ve Mackey 1998, Mossi ve ark 1998, Timson ve ark 2000,). Ligazlar DNA tamir ve replikasyon yollarında farklı fonksiyonlar için özelleşmişlerdir. DNA ligazların büyüklük ve nükleotid dizilerinde geniş farklılıklar bulunmuştur. DNA ligaz enziminin merkez bölgesi nicked DNA’nın kapatılmasında katalitik fonksiyon göstermesine rağmen ek diziler ligazların farklı fonksiyonları, örneğin nükleusun farklı bölgelerini hedef almaları veya farklı proteinler ile etkileşimlere aracılık etmeleri gibi görevleri yerine getirmektedirler (Tomkinson ve Mackey 1998, Timson ve ark 2000).
DNA ligaz I
DNA ligaz I enzimi 125 kDa molekül ağırlığındadır ve replikasyon sırasında iş gören en önemli enzimlerdendir (Tomkinson ve Mackey 1998, Gennery ve Jeggo 2000, Timson ve ark 2000). DNA ligazın spesifik olarak okazaki fragmentlerinin birleştirilmesinde etkili olduğu ve replikasyon için başka proteinlerle etkileşim halinde olduğu gösterilmiştir (Tomkinson ve ark 1991, Tomkinson ve Mackey 1998).
DNA ligaz I aynı zamanda baz ekzisyon tamiri (BER) için de gerekli olup bu tamir mekanizmasında hasarlı baz DNA ikili sarmalından uzaklaştırılır ve abazik bir bölge oluşturulur. Sonra fosfodiester omurgada bir boşluk oluşturularak yaklaşık 30 bp’lık kısım
çıkarılır. Daha sonra bu bölge diğer hasar görmemiş iplik kalıp olarak kullanılarak tamir edilir. Tekrar sentezlenen ve doldurulan boşluk DNA ligaz ile iki DNA parçası arasında fosfodiester bağı oluşturulur. Ligaz I’in BER’den sorumlu polimeraz olan DNA polimeraz β ile direkt olarak etkileşim halinde olduğu gösterilmiştir (Petrini ve ark 1995, Timson ve ark 2000).
DNA ligaz II ve III
DNA ligaz I’in keşfinden sonra moleküler çalışmalar ile DNA ligaz II ve III tanımlanmıştır. Bu iki enzim oldukça büyük moleküler ağırlığa sahiptir. Ligaz II ve III 160’dan fazla rezidü ile birbirine mükemmel bir eşleşme göstermiştir ve bu durum ligaz II’nin aslında ligaz III’ün bir parçası olduğu fikrini vermiştir. Memeli ligIII geni tarafından transkribe edilen mRNA’nın alternatif splicing işlemleri ile ligaz IIIα (103 kDa) ve ligaz IIIβ (96 kDa) olmak üzere iki ürünün olduğu belirlenmiştir. Lig IIIα hemen her dokuda eşit oranda bulunurken, ligaz IIIβ sadece testislerde olduğu görülmüş ve mayotik profaz esnasındaki homolog rekombinasyonda önemli bir rolü olduğuna inanılmaktadır (Tomkinson ve ark 1991, Timson ve ark 2000).
Memeli mitokondrilerinde yeni bir DNA ligaz tespit edilmiştir. Bu enzim mtDNA tamir yollarında fonksiyon göstermektedir. Enzim ve immunoloji çalışmaları bu enzimin ligaz III’e benzediğini göstermiştir. mtDNA’da çalışan bu enzimi kodlayan genin alternatif başlama bölgesi bulunduğu bilinmekle birlikte yapı ve mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır (Timson ve ark 2000).
DNA ligaz IV
DNA ligaz IV enzimi 96 kDa molekül ağırlığındadır. DNA ligaz IV enziminin ekzisyon tamir mekanizmaları, tek zincir kırıkları ve bazların kovalent değişimlerinin düzeltilmesi işlemlerinde görev aldığı bildirilmiştir (Timson ve ark 2000).
DNA ligaz V
DNA ligaz V yeni bulunan bir enzim olup yaklaşık 44 kDa moleküler ağırlığına sahip olduğu ve iki zincir kırıklarının kapatılmasında aktivite gösterdiği, bu enzim aktivitesinin REP1 (rejoin enhancement protein) tarafından stimule edildiği belirtilmiştir (Timson ve ark 2000).
Hücre Döngüsü ve DNA’nın Replikasyonu
Hücre döngüsü
Hücre döngüsü, bir takım makromoleküler olayların içinde yer aldığı hücre bölünmesini ve sonuçta iki yeni birbirinin aynısı olan hücrelerin oluştuğu olaylar zinciri olarak tarif edilmiştir. Ökaryotik organizmaların normal gelişimi için hücre siklusunun kontrolü kritik önem taşımaktadır (Qu ve ark 2003, Lodish 2004). Hücre döngüsü çok dikkatli kontrol edilmektedir. Normal olarak yetişkin vücudunda hücre ölümü (programlı hücre ölümü veya apoptozis) ile hücre çoğalması (hücre bölünmesi) kararlı durumu korumak için dengelenmiştir. Bu dengenin, hücre döngüsü kontrolünün kaybı ile bozulması tümör oluşumuna sebep olabildiği gibi yüksek derecede organize olmuş ve kontrol edilen hücre döngüsünün hücre bölünmesinden sorumlu olduğu belirtilmiştir. Sıkı kontrol ve zamanlama DNA’nın S fazında (hatasız olarak) bir kez replike olmasını ve homolog kromozomların M fazında eşit olarak dağıtılmasını sağlamaktadır (Sandal 2002). Bu işlemlerin tam olarak yerine getirilmesi için pek çok molekül ve sinyal yollarının işe karıştığı ve hücre döngüsünün kontrol noktaları adını aldığı belirtilmiştir. Hücre döngüsü iki işlemin döngüsel değişimi olup bunların DNA’nın sentezlendiği replikasyon işlemi (S=sentez fazı) ve hücre içeriğinin eşit olarak yeni hücrelere dağıtıldığı bölünme (yarılama) işlemi olduğu (M=mitoz fazı) ve bu iki işlem arasındaki işlemler ise aralık periyodu olarak (G=gap fazı) adlandırılmaktadır. DNA’nın replikasyonu, canlılığın devamı için temel mekanizmalardan birisidir (Sandal 2002, Qu ve ark 2003, Wu ve ark 2005).
Replikasyon mekanizması
Replikasyon DNA zincirinin birbirinin kopyası olan iki zincirin oluşturulması işlemidir. Prokaryot ve ökaryotlarda replikasyonun başlayabilmesi için DNA çift sarmalının birbirinden ayrıldığı özel nükleotid dizileri vardır. DNA replikasyonunun başladığı spesifik noktalara ise replikasyon orijini denilmekte ve replikasyon orijinlerinde replikasyon için iki DNA ipliğinin birbirinden ayrılmasıyla o bölgede bir genişleme olmakta ve bu bölgelere de replikasyon çatalı denilmektedir. DNA çift sarmalında hidrojen bağlarını açan enzimler helikazlardır. Helikaz iki ipliği birbirinden ayırmaktadır. İlerleyen helikazların gerisinde birbirinden ayrılmış olan DNA ipliklerinin tekrar çift sarmal yapması için SSB (Single Strand Binding protein (tek zincire bağlanabilen proteinler)) denen proteinler her bir DNA ipliğine bağlanır (Watson ve ark 2004, Albert 2004).
Replikasyonu katalizleyen esas enzim olan DNA polimerazlar doğrudan replikasyonu başlatmadığı için primazlar RNA primerleri yapar ve DNA polimerazlar senteze başlar. Sentez iki zincirde yapılır. Biri kesintili diğeri ise kesintisiz olarak sentezlenir. Kesintisiz zincirde RNA primerinin replikasyonun başlangıcında bir kez sentezlendiği ve kesintili zincirde ise yeni ipliğin sentezi Okazaki parçacıkları şeklinde kesintili sentezlendiği için her Okazaki parçacığı sentezinin başlayabilmesi için RNA primerine ihtiyaç olur. Her Okazaki parçasının sentezinde ise bir önceki RNA primerine ulaşıldığında durur. RNA primerleri daha sonra DNA polimeraz I enziminin 5’-3’ ekzonükleaz aktivitesiyle uzaklaştırılır. Oluşan boşluk aynı polimerazın 5’-3’ polimeraz aktivitesiyle deoksiribonükleotidlerle doldurulur ve DNA ligaz ise son bağlantıyı yapar (Watson ve ark 2004, Albert 2004). DNA replikasyonunda ve tamirinde görev yapan DNA ligazlar çentiği iki nükleotid arasında fosfodiester bağı kurarak kapatarak gerçekleştirir (Timson ve ark 2000, Cherepanov ve Vries 2002, Öztaş ve ark 2005).
DNA replikasyonunda sentez yapılırken hasarlı DNA’da DNA polimerazın önce lezyonda durakladığı ve sonra yeni sentezlenen zincir boyunca bir boşluk bırakarak onun üzerinden atladığı, tek zincir boşluklarına bir yanıt olarak ise RecA proteini rekombinasyonel bir değiş-tokuş işlemi yürüterek başlangıçta hasarsız komplementer zincirde bulunan bir segmenti (parçayı) bu boşluğa sokup onu tamamladığı, bu işlemin hasarsız komplementer zincirde bir boşluk bıraktığı ve bu boşluğun daha sonra replikasyon ilerlerken onarım sentezince doldurulduğu belirtilmiştir (Gennery ve Jeggo 2001, Wood ve ark 2001, Wu ve ark 2005).
Larinks Kanserinin Nedenleri
Sigara
Sigara larinks, akciğer ve özafagus başı kanserinde en önemli etiyolojik etken olduğu bildirilmiştir (Öktem ve ark 2000, Kaya 2002). Sigaranın birçok mutajen ve toksik madde içermesi yanısıra neoplastik transformasyona öncülük edebilecek irritan bir etkisinin olduğu gösterilmiştir. Yapılan çalışmalar larinks kanserli hastaların %97'sinin sigara içtiği belirtilmiştir (Szyfter ve ark 1999, Kaya 2002, Licitra ve ark 2003, Filho 2004, Stefani ve ark 2004). Bununla birlikte ağır sigara içenlerde hafif sigara içenlere göre 2,5 kat daha fazla kanser riski arttığı ve sigaraya 15 yaşından sonra başlayanlarda riskin daha çok olduğu belirtilmiştir. Sigaranın gaz ve partikül komponentlerinde benzopiren ve N-nitroso bileşikleri fazla miktarda bulunduğu ve filtresiz sigaranın ise daha fazla etkili olduğu belirtilmiştir. Buna karşılık sigara içmeyenlerde larinks kanserinin ortaya çıkması %5'den az olduğu belirtilmiştir. Diğer taraftan sigara miktarı ve içme süresinin önemli olduğu ve sigara ile birlikte alkol alımının kanser insidansını arttırdığı belirtilmiştir (Kaya 2002, Licitra ve ark 2003, Filho 2004, Ünal ve ark 2004).
Alkol
Alkol kullanımının larinks kanserlerinin etiyolojisinde rol aldığı ve beslenme bozukluklarına yol açarak kanserojenik etki yaptığı bilinmektedir. Alkol alımı; supraglottik ve hipofarenks kanserlerinde daha fazla risk faktörü olmakta, üst solunum ve sindirim yolunda kanser riskini arttırmaktadır (Öktem ve ark 2000, McWilliams ve ark 2000, Kaya 2002, Filho 2004).
Meslek
Mutajenik ve toksik sanayi maddelerinin üretildiği ortamlarda risk artmaktadır. Asit ve izopropil alkol üretiminde çalışanlarda, marangozlarda, dietilsülfat kullanarak etil alkol üretimi ile uğraşanlarda, berilyum, biklorometil, kaynak dumanı, deri sanayinde çalışanlarda larenks kanseri insidansı fazla olduğu belirtilmiştir (Szyfter ve ark 1999, Kaya 2002, Filho 2004).
Kronik larenjit
Yaygın keratinizasyon, yassı epitel metaplazisi, ödem, kronik enflamasyonların maligniteye dönüşebildiği bildirilmiştir (Kaya 2002).
Radyasyon
Radyasyonun karsinojenik etkisinin olduğu, boyun ve çevresine herhangi bir nedenle radyoterapi yapılanlarda larinks kanserinin gelişme riskinin yüksek olduğu ayrıca kullanılan ışınların DNA üzerine de etkili olduğu bilinmektedir (Kaya 2002).
İmmünolojik etkenler
Sistemik veya lokal immün mekanizmaların bozulması kanser gelişiminde rol alabilmektedir. Hücresel ve hümoral immünitenin ayrı ayrı öneminin olduğu ve tümöre karşı hücresel immünite esas olarak T hücre sisteminin fonksiyonu olduğu bilinmektedir. Kanser, normal hücre büyümesi ve bölünmesini kontrol eden hücresel mekanizmaların çeşitli etkenler tarafından ortadan kaldırılmasıyla oluşmaktadır. Normalde hücre büyümesi ve çoğalması; intrasellüler, ekstrasellüler uyaranlar ve bu uyaranların biyokimyasal yollarda kontrol edilmesidir. Biyokimyasal kontrol büyümeyi düzenleyen genlerin yapısı, viral enfeksiyonlar, artmış büyüme faktörleri veya bunların kombinasyonları sonucu bozulmaktadır (Kaya 2002).
