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
Kromozom Kırıkları
Kalıtsal maddenin interfaz hücre nukleusunda oluşturduğu yapıya kromatin adı verilmektedir. Kromozom ise, yoğunlaşmış ve biçimlenmiş kromatin materyalidir. Kromatini oluşturan kromatin iplikçikleri hücre bölünmesi başladığında dönümler yapıp boylarını kısaltarak çaplarını arttırmakta, bu şekilde kromozomları meydana getirmektedirler. Bir başka deyişle kromozom, DNA'nın etrafına çeşitli proteinlerin sarılmasıyla, yoğunlaşarak oluşturduğu, canlılarda kalıtımı sağlayan genetik birimdir ve sentromer tarafından birarada tutulan iki kardeş kromatidi içermektedir. Kromozom anomalileri kromozomlarda meydana gelen yapısal ya da sayısal değişikliklere verilen genel addır ve hücre bölünmesi sırasında meydana gelen hatalardan kaynaklanmaktadırlar. Birçok farklı türü bulunmakla beraber, kromozom anomalileri sayısal ve yapısal anomaliler olarak iki ana grupta toplanmaktadır. Sayısal anomaliler kendi içinde öploidi ve anöploidi olmak üzere iki başlık altında değerlendirilmekte, kromozomlardaki bu sayısal değişimler genom mutasyonları olarak da bilinmektedir. Kromozom mutasyonları olarak adlandırılan yapısal kromozom anomalileri ise delesyon, halka (ring) kromozom, duplikasyon, inversiyon, izokromozom ve translokasyonları içermektedir.
Kromozom kırıkları, spontan olarak veya çeşitli uyaranların etkisiyle oluşan kromozom aberasyonları olup, yapısal kromozom anomalilerine neden olabilmektedirler. Kromozomların kırılmasına neden olan etkenler ekzojen ve endojen faktörler olmak üzere iki grupta değerlendirilmektedir. Ekzojen faktörler; iyonize edici radyasyon başta olmak üzere fiziksel etkenler, viruslar gibi biyolojik ajanlar ve alkilleyici maddelerle klastojenlerin dahil olduğu kimyasallardır. Endojen faktörler ise DNA replikasyonu, transkripsiyon ve rekombinasyon sırasında meydana gelen ve tamir edilemeyen hatalardır. Kromozomlarda meydana gelen kırılmalar tamir edilmedikleri takdirde translokasyon, delesyon ve inversiyon başta olmak üzere çeşitli yeniden düzenlenmelere yol açabilmekte, hatta hücre ölümüyle sonuçlanabilmektedir. Dolayısıyla kromozom kırıklarının tamiri genom bütünlüğü ve fonksiyonunun korunması için son derece önemlidir
Kromozom kırıkları, kromatid tipi kırıklar ve kromozom tipi kırıklar olmak üzere iki grupta toplanmaktadırlar. Kromatid tipi kırıklar, kromozomun sadece bir kromatidinde meydana gelen kırıklardır. Bunlar sıklıkla DNA replikasyonundan sonra meydana gelirler, her iki kromatidin aynı bölgesinde kırık oluştuğu zaman bu kromozom kırığı izokromatid kırık veya izolokus kırık olarak adlandırılmaktadır. Kromatid tipi kırıklarda kardeş kromatidler veya farklı kromozomlar arasında parça değişimleri meydana gelebilmektedir. Kromozom tipi kırıklar, DNA replikasyonundan önce gelişen bir hatanın sonucu olarak ortaya çıkmaktadırlar. Burada hata replikasyon sırasında her iki kromatidi birden etkilemektedir. Bu tip kırıklarda aynı kromozomun kırık uçları veya farklı kromozomların kırık uçları arasında değişimler olabilmektedir. Benzer görüntü veren izokromatid kırıklar ise aynı bölgeden birbirinden bağımsız iki kromatid kırığının oluşmasıyla meydana gelmektedirler. Morfolojik olarak kromozom tipi kırıklar izokromatid kırıklardan ayırt edilememektedir, ancak genetik materyalin hasar yapan etkene maruz kalmasından hatanın mitozda görülmesine kadar geçen zamana göre bir ayrım yapılması söz konusudur. Yani, G2 evresi dört saat ise, ve kırılmaya sebep olan etkene maruz kalınmasından iki saat sonra mitoz bölünme sırasında bir izolokus kırık izleniyorsa, bu izokromatid kırıktır.
G1 evresinde kırılmaya sebep olan etkene maruz kalındığı zaman ortaya çıkan ise kromozom kırığı olmaktadır. Bu iki durumdan birini refere etmeyen terim ise izolokus kırıktır. Kromozom tipi ve kromatid tipi kırıklar dışında bir de subkromatid kırıklar söz konusudur. Bunlar mitoz bölünmenin profaz aşamasında meydana gelen hatalara bağlı olarak ortaya çıkmaktadırlar ve bir kromatidin altünitesinin etkilenmesini ifade etmektedirler. Subkromatid kırıklar, kromatid tipi kırıkların bir çeşidi olarak da değerlendirilebilmektedir. Kromozom ve kromatid tipi kırıklar, kırık veya gap şeklinde gözlenmektedirler. Gap, kromatidin devamlılığın bozulması olarak ifade edilirken kırık, bir parçanın yapıdan ayrılması anlamına gelmektedir. Gözlenen durumun gap mi kırık mı olduğunun saptanması, kromatid veya kromozomum devamlılığı göz önüne alınarak gerçekleşmektedir; söz konusu iki parça arasında bağlantı olup olmadığının açıkça ayırt edilemediği durumlarda iki terimden herhangi birinin kullanımı doğru olarak nitelendirilmektedir. Kromozomlar kırıldıklarında gap ve klasik kırıklar dışında asentrik parçalar ile triradyal ve multiradyal oluşumlar şeklinde de izlenebilmektedir
Atopik Dermatit Genetiği
AD birbiriyle etkileşimde olan birçok genin ve çevresel faktörlerin etkisinde gelişen, multifaktöriyel bir hastalıktır. Aile hikayeleri, ikiz, bağlantı, polimorfizm ve HLA çalışmaları AD’de önemli bir genetik bileşenin varlığına işaret etmektedir. Sadece bir ebeveynde AD olması durumunda çocukta AD gelişme riski normalin iki katı olarak kabul edilirken, her iki ebeveynde birden AD varlığında bu risk normalin üç katına çıkmaktadır. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki her iki ebeveynde de AD bulunduğunda çocukların hasta olma riski % 70-75 olmaktadır. Başka bir çalışmada ise AD’li çocukların % 69’unda anne veya babadan birinde ya da her ikisinde AD izlendiği bildirilmektedir. AD’nin de dahil olduğu atopik hastalıklarda anneden geçişin babaya oranla dört kat fazla olduğu izlenmektedir ve buna yol açan mekanizma henüz açıklığa kavuşmamıştır.
Maternal etkinin anne ve fetus arasında özellikle plasenta ve anne sütü ile gerçekleşen immün etkileşimlere bağlı olduğu ileri sürülmekte, bir başka görüş ise durumun genomik imprinting ile ilgili olabileceğini savunmaktadır. Tek yumurta ikizlerinde 0.72 - 0.86, çift yumurta ikizlerinde 0.21 - 0.23 olan konkordans AD’de güçlü bir genetik zemin olduğu fikrini desteklemektedir. AD kalıtım paterni Mendel tipi geçiş göstermemektedir; tam penetrans, tek gen veya tek lokus etkisinin söz konusu olmadığı AD’de birçok genin ve çevresel etkenlerin ayrı ayrı ve birlikte rol aldıkları kompleks bir kalıtım söz konusudur
AD’ye yatkınlık genlerini tanımlamayı amaçlayan birçok genetik ve epidemiyolojik çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmaların sonuçları hastalıkla birçok kromozom bölgesi ve aday gen arasında ilişki olduğunu ortaya koymaktadır. AD etiyolojisinde rol oynayan genlerin belirlenmesinde iki temel yaklaşım söz konusudur. Bu yaklaşımların birincisi, genom taramasıdır. Bu yöntemde hastalığın nasıl geliştiği konusundaki hipotezler göz önüne alınmaksızın hareket edilmektedir. Etkilenmiş bireyler hastalıkla birlikte kalıtılan herhangi bir kromozom bölgesi açısından araştırılmaktadır. Genomu belli aralıklarla tarayan, kromozom lokalizasyonları belli marker panelleri kullanılarak tüm genom rastgele taranmaya başlanmakta, istatistiksel olarak anlamlı sonuç saptanan kromozom parçasına ulaşılana dek tarama devam etmektedir. Bazen tüm genom tarandıktan sonra bile hastalıkla ilişkilendirilecek bir lokus saptanmaması söz konusu olmaktadır. Bu durumda genomu daha sık aralıklarla tarayan marker panellerine geçilmesi gerekmektedir, böylece daha hassas bir tarama yapılarak hastalıkla ilişkisi olan kromozom bölgesi bulunmaktadır. Đkinci yöntem ise aday gen yaklaşımıdır. Burada, öncelikle hastalığın patofizyolojisi ile ilgili varsayım ve verilerden yola çıkılarak etiyolojide rol oynayabileceği düşünülen bölgelere özgü genetik belirleyiciler seçilmektedir. Ardından sağlıklı ve hasta bireyler biyolojik fonksiyonları ile hastalığın patofizyolojisi arasında ilişki bulunduğu ileri sürülen bu genler açısından incelenmekte ve hangi allelik varyantların hastalık etiyolojisinde rol oynadığı saptanmaktadır. Bir başka deyişle, bu yöntemde hastalığın mekanizmasıyla ilgili mevcut bilgilerden faydalanılarak şüpheli genlerin hasta bireylerdeki sıklığı saptanıp istatistiksel olarak değerlendirilmesi söz konusudur
Yapılan çalışmalar AD ile birçok kromozom bölgesi arasında ilişki olduğuna işaret etmektedir. Bu bölgeler kromozom 1, 2, 3, 5, 11, 13, 14, 15, 16, 17, 18 ve 20 olmak üzere çeşitli kromozomlar üzerinde yer almaktadır. Çok sayıda lokusla bağlantının bulunması ve farklı araştırmaların farklı kromozom bölgeleriyle AD arasında ilişki olduğunu vurgulaması birkaç şekilde açıklanmaktadır. Öncelikle, soylar arası farkların ve populasyonlar arasında farklılık gösteren allel sıklıklarının bu çalışmaların sonuçlarına etki ettiği unutulmamalıdır. Aynı populasyon içinde dahi farklı altgruplar ile yapılan bağlantı çalışmalarında farklı aday bölgelere ulaşılabilmektedir. Buna ek olarak, toplumlar arasında genetik özellikler kadar çevresel etkenler açısından da farklılıklar vardır, dolayısıyla polimorfizm sıklıkları ve haplotip çeşitliliği söz konusu olmaktadır. AD genetiği çalışmalarında farklı sonuçların ortaya çıkmasıyla ilgili bir başka durum da AD fenotipinin IgE ve eozinofil seviyelerinin tesbiti dışında kantitatif özelliklerinin bulunmamasıdır. Yenidoğan, çocukluk çağı ve yetişkin dönemde gelişen AD tablolarından farklı patogenezlerin sorumlu olabileceği ve hastalığın alttiplerinde farklı genetik bileşenlerin söz konusu olabileceği ileri sürülmektedir. Ayrıca, yapılan çalışmalarda hastalığın intrinsik ve ekstrinsik tipleri arasındaki ayrımın her zaman çok net olmadığı izlenmektedir. Buna bağlı olarak, tanı kriterlerinin üzerinde dikkatle durulmasının ve hastalığın alttiplerinin sağlıklı şekilde belirlenmesinin AD genetiği çalışmalarında daha fazla yol katetmeye yarayacağı vurgulanmaktadır
AD diğer pek çok inflamatuvar hastalık gibi farklı lokuslarda yerleşim gösteren birçok allelin patogenezinde rol aldığı, genetik özellikler açısından kompleks bir hastalıktır. AD’ye yatkınlık lokusları olarak tanımlanan bölgeler 3. kromozomun uzun kolunda yer alan ATOD1, 1. kromozomun uzun kolunda yer alan ATOD2, 20. kromozomun kısa kolunda yer alan ATOD3, 13. kromozomun uzun kolunda yer alan ATOD5 ve 5. kromozomun uzun kolunda yer alan ATOD6’dır. ATOD4 ise 17. kromozomun uzun kolunda yer alan SOCS3 geninin allelik varyasyonlarıyla ilişkilendirilmektedir. Ayrıca, bu altı kromozom bölgesi dışındaki lokuslarla AD arasında bağlantı olduğu yönünde sonuçlanan birçok çalışma bulunmaktadır.
