Mitokondriyal DNA Yapısı ve Organizasyonu
İnsan mitokondriyal DNA'sı, oksidatif fosforilasyon için gerekli genlerin kompakt bir setini kodlayan, yaklaşık 16.569 baz çifti uzunluğunda, küçük, çift sarmallı dairesel bir moleküldür. Yoğun, neredeyse intronsuz organizasyonu, bileşimsel olarak farklı iki ipliği ve kısa, kodlayıcı olmayan bir kontrol bölgesi, onu çok daha büyük nükleer genomdan ayırmaktadır.
Tanım
Mitokondriyal DNA (mtDNA), mitokondrilerde bulunan dairesel, çift sarmallı, çok kopyalı bir genomdur; insanlarda yaklaşık 16.6 kilobaz uzunluğundadır ve tek bir ana kodlayıcı olmayan kontrol bölgesi ile birlikte 13 solunum zinciri polipeptidi, 22 transfer RNA ve 2 ribozomal RNA kodlamaktadır.
Kapsam
Bu konu, 1981'de belirlenen tam insan dizisine dayanarak, memeli mitokondriyal genomunun fiziksel formunu, gen içeriğini ve organizasyonel özelliklerini açıklamaktadır. Ağır ve hafif iplikleri, 37 geni (13 protein kodlayan, 22 tRNA, 2 rRNA), kontrol bölgesini (D-loop) ve genomun ekonomik, örtüşen düzenlemesini kapsamaktadır. Replikasyon mekaniği veya kalıtım konuları, ilgili diğer başlıklarda ele alındığından bu kapsamda incelenmemektedir.
Temel sorular
- İnsan mitokondriyal genomunun boyutu ve fiziksel formu nedir?
- mtDNA hangi genleri kodlamaktadır ve hangi mitokondriyal proteinler bunun yerine nükleer genlerden üretilmektedir?
- Ağır ipliği hafif iplikten ayıran nedir?
- Kontrol bölgesi (D-loop) nedir ve ne içermektedir?
- mtDNA'nın genetik ekonomisi nükleer genomdan nasıl farklılık göstermektedir?
Anahtar kavramlar
- Dairesel çift sarmallı genom (~16.6 kb)
- Ağır (H) ve hafif (L) iplikler
- 37 gen: 13 protein kodlayan, 22 tRNA, 2 rRNA
- Kodlayıcı olmayan kontrol bölgesi / yer değiştirme döngüsü (D-loop)
- Örtüşen genlere sahip kompakt, neredeyse intronsuz organizasyon
- Varyant mitokondriyal genetik kod
- Revize edilmiş Cambridge Referans Dizisi (rCRS)
Mekanizmalar
mtDNA'nın iki ipliği baz bileşimi açısından farklılık göstermektedir: guanin açısından zengin ağır iplik ve sitozin açısından zengin hafif iplik. Bu özellik, tarihsel olarak iplikleri ayırmak için kullanılmış ve farklı gen tamamlayıcılarına yansımıştır. 1981'deki tam insan dizisi (Anderson ve arkadaşları), neredeyse tüm genomun kodlayıcı olduğunu, genlerin bitişik veya hafifçe örtüşen şekilde bulunduğunu, çok az intron içerdiğini veya hiç intron içermediğini ve bazı okuma çerçevelerinin nükleotidleri paylaştığını göstermiştir; tek önemli kodlayıcı olmayan segment, replikasyon ve transkripsiyonu yöneten başlangıç noktalarını ve promotörleri barındıran kontrol bölgesidir. Genom, oksidatif fosforilasyon komplekslerinin 13 alt birimini ve organel içinde çevirileri için gerekli olan 22 tRNA ile 2 rRNA'yı kodlamaktadır; geri kalan yaklaşık 1.500 mitokondriyal protein ise çekirdekte kodlanmakta ve organele ithal edilmektedir. Paralel fare dizisi (Bibb ve arkadaşları, 1981), bu ekonomik organizasyonun genel bir memeli özelliği olduğunu doğrulamıştır.
Klinik önem
mtDNA'nın kompakt organizasyonu, küçük dizi değişikliklerinin bile enerji metabolizması için kritik olan genleri bozabileceği anlamına gelmektedir ve bir varyantın kodlayıcı, tRNA veya kontrol bölgelerindeki konumu, klinik genetikte tanımlanan biyokimyasal sonuçları açıklamaya yardımcı olmaktadır. Bu madde, eğitim amaçlı bir yönlendirme olarak genom yapısını tanımlamaktadır ve bireysel genetik yorumlama veya bakım için bir temel teşkil etmemektedir.
Tarihçe
mtDNA'nın yapısı, Anderson ve arkadaşlarının 1981'de insan mitokondriyal genomunun tam dizisini yayımlamasıyla tanımlanmıştır; bu, dizilenen ilk tüm genomlardan biriydi. Bu çalışma, gen kataloğunu, iplik asimetrisini ve varyant genetik kodu oluşturmuştur. Eş zamanlı fare dizisi, memelilerdeki organizasyonu doğrulamıştır. Referans dizi daha sonra düzeltilmiş ve şu anda insan varyantlarının rapor edildiği revize edilmiş Cambridge Referans Dizisi olarak kullanılmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Frederick Sanger
- Sjef Anderson
- David A. Clayton
- Bart G. Barrell
İlgili konular
Temel eserler
- anderson-1981
- bibb-1981
Sıkça sorulan sorular
- İnsan mitokondriyal genomu ne kadar büyüktür ve kaç gen taşımaktadır?
- Yaklaşık 16.569 baz çifti uzunluğunda dairesel bir moleküldür ve 13 solunum zinciri proteinini, 22 transfer RNA'yı ve 2 ribozomal RNA'yı kodlayan 37 gen içermektedir.
- Tüm mitokondriyal proteinler mtDNA tarafından mı kodlanmaktadır?
- Hayır. Sadece 13 polipeptit mtDNA tarafından kodlanmaktadır; mitokondriyal proteinlerin büyük çoğunluğu nükleer genler tarafından kodlanmakta, sitoplazmada üretilmekte ve organele ithal edilmektedir.