DNA, nükleotid dediğimiz yapı taşlarından meydana gelmektedir ve gerek sentez sırasında gerekse kimyasal ve fiziksel faktörler nedeniyle hasar alabilir, nükleotid diziliminde birtakım değişiklikler olabilir. DNA’nın yapısında meydana gelen bu değişimler, protein sentezi esnasında farklı proteinlerin sentezlenmesine, mutasyonların oluşmasına, fenotipte bazı değişikliklerin gözlenmesine veya hastalıkların ortaya çıkmasına neden olabileceği gibi herhangi bir etkiye sahip olmayabilir (Nükleotid dizimi değişse de aynı proteini kodlayan alternatif bir dizini meydana geldiği durumlar).
Tüm bu nedenlerden dolayı hasar aldığı durumda DNA’nın onarılması, canlılık için son derece önemlidir. Bu amaca hizmet eden DNA tamir mekanizmaları, hem prokaryot canlılarda hem de bizler gibi ökaryotlarda benzer şekilde çalışır. Temelde bu süreci; hasarın tespit edilmesi, hasarlı kısmın uzaklaştırılması ve meydana gelen boşluğun doldurulması olmak üzere üç temel basamak altında inceleyebiliriz.
DNA Yapısındaki Hasarlı Bölgelerin Düzeltilmesi
Kesip Çıkarma (Ekzisyon) Mekanizmaları
En basit haliyle bu süreçte, hata tanındıktan sonra hatalı kısım bir nükleaz yardımıyla kesilir. Kesilen bölümün oluşturduğu boşluk DNA polimeraz aktivitesiyle doğru bir şekilde doldurulur. Son olarak DNA ligaz, aradaki son bağı kurarak boşluğun tamamen giderilmesini sağlar.
1) Baz Kesip Çıkarma
Bu mekanizma, DNA yapısındaki bazlar kendiliğinden hidrolize uğradığında veya bazı kimyasal ajanlar sebebiyle uygun olmayan bazlar oluştuğunda devreye girer.
Örneğin kimyasal bir mutajen olan nitröz asit, DNA’nın yapısındaki bazlardan amin grubunun uzaklaşmasına neden olur yani deaminasyon olayı görülür. Adenin, sitozin ve guanin bazlarının deaminasyonu sonucu oluşan değişimler, bu mekanizma yardımıyla onarılır. Biraz daha detaylı olarak süreci inceleyelim ve anormal bazın tanınmasının ardından neler olduğuna bakalım.
DNA glikozilaz, nükleotid yapısındaki şeker ile baz arasında oluşan N-glikozid dediğimiz bağı kırar. Bu sayede anormal bazın DNA ile ilişiği kesilmiş olur. Geriye yalnızca deoksiriboz ve fosfat grubundan oluşan bir iskelet kalır ve bazsız alanlar oluşur. Bu alanlara kısaca AP bölgeleri diyeceğiz. (DNA’yı oluşturan bazları pürinler ve primidinler olarak ikiye ayırdığımız için pürini veya primidini olmayan bölge anlamında apürinik veya aprimidinik kavramlarını kullanıyoruz. AP bölgeleri de buradan gelmektedir.)
Daha sonra AP endonükleaz enzimi devreye girerek DNA’nın tek zinciri üzerindeki nükleotidtleri birbirine bağlayan fosfodiester bağlarını keser. İşte bu aşama ile beraber zincirde kelimenin tam anlamıyla bir boşluk meydana gelir.
Tek nükleotidlik bu boşluk, bir başka enzimin yani DNA polimerazın yardımıyla doldurulur. Boşluğa yeni gelen nüklotid, DNA ligaz yardımıyla zincire dahil edilir.
2) Nükleotid Kesip Çıkarma Mekanizmaları
Az önce bahsettiğimiz baz kesip çıkarma mekanizması, nükleotid üzerinde yalnızca baz kısmının çıkarılarak onarılmasını kapsıyordu. Nükleotid kesip çıkarma mekanizmasında ise daha kapsamlı hasarların onarılabileceğini göreceğiz.
Daha uzun nükleotid hasarları veya DNA yapısında daha geniş bozulmalara sebebiyet veren lezyonlar bu mekanizmanın faaliyetiyle onarılır. Örneğin güneş ışınlarının sebep olduğu timin dimerleri (DNA replikasyonunu bloke eder.), sigara dumanı nedeniyle meydana gelen guanin-benzopiren gibi baz değişimleri, kemoterapötik ilaçlar dolayısıyla oluşan baz değişimleri bu sayede onarılır. Peki bu mekanizma nasıl işliyor?
Bu işlem ABC eksinükleaz (endonükleaz) dediğimiz 3 alt üniteye sahip bir enzim tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu alt ünitelerin biri hasarın algılanmasında, diğeri çift zincirlerin ayıklanmasında ve sonuncusu da endonükleaz aktivitesinin gerçekleştirilmesinde görev alır.
ABC eksinükleaz aktivitesi yardımıyla hasarlı kısım tanınıp bu kısımda bazı kırıklar oluşturulur. Bu süreci takiben DNA helikaz yaklaşık 12-13 nükleotidden meydana gelen parçayı bölgeden uzaklaştırır. Oluşan boşluk, baz kesip çıkarma mekanizmasındaki gibi DNA polimeraz ile doldurulup DNA ligaz yardımı ile de zincire bağlanır. Bu sayede onarım tamamlanmış olur.
Biz insanlarda nükleotid kesme mekanizmaları daha komplike çalışır. 9 adet ana protein görev alır. Bu proteinler her basamakta rol oynar ve onları kodlayan genlerde meydana gelen hasarlar bazı nadir görülen hastalıkların açığa çıkmasına neden olabilir.
DNA Yapısında Yanlış Eşleşme Onarımı
Replikasyonda görev alan DNA polimeraz, kendi çalışmalarını kontrol eder ve tespit ettiği hataları düzeltir. Buna rağmen gözden kaçan veya düzeltilemeyen hasarlar olur. İşte bu hatalar yanlış eşleşme onarımı sayesinde düzeltilir.
Bu aşamaya kadar ele aldığımız mekanizmalarda, normal şartlar altında DNA’da bulunmaması gereken baz veya anormal nükleotidlerin onarılmasından bahsetmiştik ancak yanlış eşleşme onarımında normalde de DNA yapısında var olan nükleotidlerin yanlış yerde olması sorununa çözüm getirilir.
Yanlış eşleşme onarımının yapılmasında temel faktör kalıp zincir ile yeni sentezlenmiş zincirin ayırt edilebilmesidir. Bu ayrımın yapılmasında metil grupları önemli bir rol oynar. Yeni sentezlenen zincirde metil grupları bulunmazken kalıp zincir replikasyondan hemen sonra Dam metilaz tarafından metillenir.
Yanlış eşleşme onarımında hem E. Coli hem ökaryotlarda Mut proteinleri hatayı tanır. Ekzonükleaz yanlış nükleotidi çıkarır ve DNA polimeraz ve DNA ligaz altivitesiyle diğer mekanizmalardaki gibi onarım tamamlanır.
Direk Onarım Mekanizmaları
Bu onarım, timin dimerleri ve alkillenmiş bazlar söz konusu olduğunda gerçekleşir. Bu onarım esnasında farklı olarak zincir kırılmadan onarılır.
1) Fotoreaktivasyon
Güneş ışığının etkisiyle meydana gelen timin dimerleri, insan dışındaki prokaryot ve ökaryotlarda var olan fotoliyaz enzimi sayesinde monomerlerine çevrilir. Ultraviyole ışığın etkisiyle açığa çıkan mutasyonlara sahip hücreler, mavi spektrum içeren görünür ışığa maruz kaldıklarında geriye döner ve düzelirler. İşte bu olay fotoreaktivasyon olarak adlandırılır.
2) DNA Alkilasyonu Onarımı
Alkilleyici ajanların etkisiyle meydana gelen alkilasyon olayı Guanin-Sitozin baz çiftinin Adenin-Timin baz çiftine dönüşmesine neden olur. Burada yapılan direkt onarım DNA metiltransferaz enzimi tarafından gerçekleşir. Bu enzim guanine bağlı olan metil grubunu kendi yapısına transfer eder ve normal guaninin oluşmasını sağlar.
3) Basit Tek Zincir Kırıklarının Onarımı
X ışınları veya peroksitlerin neden olabildiği basit kırıklar doğrudan DNA ligaz enzimi ile onarılır. Bu onarım enerji gerektiren bir reaksiyonun sonucudur. Bu reaksiyonda kırılmış olan fosfodiester bağları, DNA ligaz yardımıyla onarılır.
İşte Doç. Dr. Sayın Tuğba Yılmaz Özden’in sunumundan faydalanarak ele aldığım bu yazıda gördüğümüz gibi, DNA’da meydana gelen hasarların onarılmasını sağlayan pek çok mekanizma var elbette ancak yine de bu, vücudumuzda varlığını sürdüren hasarlı bölgelerin veya mutasyonların olduğu gerçeğini değiştirmiyor. Her ne kadar durum bu olsa da hataların ciddi anlamda azaldığını ve bu mekanizmaların yaşam döngümüzde ciddi anlamda önemli bir yere sahip olduğunu anlıyoruz.
Bilim kategorisinde bulunan diğer makaleleri de okumanızı tavsiye ederiz!
