Alternatif
Splice Mekanizmasının Hastalıklara Olan Etkisi
Sude Coşkun
Bizim genetik
materyalimiz DNA'dır. Bu nedenle DNA çok önemli bir makromoleküldür. DNA
düzeyindeki değişimler mutasyonlar bizleri etkiler ve büyük sorunlara neden
olabilir. Bunun yanında DNA'dan transkripsiyon ile RNA molekülü sentezlenir ve
RNA'dan da translasyon olayı ile proteinler sentezlenir. Bu akış santral dogma olarak adlandırılır ve
santral dogmaya göre bu geri dönüşü olmayan tek yönlü olaylar dizisidir. Dogma
olarak kabul edilen bilgiler aslında geri dönüşü olmayan kesin bilgiler olarak
kabul edilse de santral dogmada durum böyle değildir. Özellikle ribozimlerin
keşfi, RNA'ların katalitik aktivitesinin keşfi ile önce RNA hipotezi ortaya
atılmıştır. Bunların yanında retrovirüslerin RNA'dan DNA elde edebilmeleri de
santral dogmanın geçerliliğini etkileyen bir başka durumdur. Tüm bu olaylar RNA
molekülün önemini vurgular niteliktedir. Geçmişte özellikle kodlama yapan
RNA'lar üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu RNA'lar proteine çevirisi olan RNA
molekülleridir. Bunun yanında son yıllarda odaklanılan kısım ise kodlama
yapmayan RNA'lardır. RNA'ların %98'i proteine çevrilmez. Bu kodlanmayan RNA'ların
eski zamanlarda önemli olmadığı düşünülse de şimdilerde birçok mekanizmada
görev aldıklarını biliyor ve çok önemli olduklarını görüyoruz. Özellikle RNAi
mekanizmalarında görev alan miRNA ve siRNA'lar üzerine yoğunlaşılmış birçok
araştırma bulunmakta. Bu RNA'lar üzerinden gidilerek bazı hastalıkların tanısı
için biyobelirteç bulmak ya da tedavi yöntemi geliştirmek araştırmacıların
amaçları arasında.
Temel yola gelecek
olursak protein sentezi için gerekli temel basamakları; DNA sentezi, DNA'dan
transkripsiyonla mRNA sentezi ve son olarak translasyon ile proteinlerin elde
edilmesi olarak sıralayabiliriz. Transkripsiyon ve translasyon sonrası
gerçekleşen bazı modifikasyonlarda aslında protein sentez yolunda büyük role
sahip. Post transkripsiyonel ve post translasyonel modifikasyonlar RNA ve
protein düzeyinde bazı değişiklikler yaratarak elde edilecek ürün üzerinde
etkiye sahip olmakta. Post transkripsiyonel mekanizmalar, DNA'dan
transkripsiyonla mRNA sentezlendikten sonra gerçekleşen ve mRNA moleküllerini
olgunlaştırarak translasyona hazır hale getiren olaylar zinciri aslında.
mRNA çekirdekte, RNA
polimeraz 2 tranksripsiyonu ile DNA’dan sentezlenir. Sentez gerçekleştikten
sonra mRNA molekülü translasyona katılacaktır. Translasyon ise sitoplazmada
gerçekleşir. Bu nedenle mRNA’nın sitoplazmaya taşınması ve protein sentezine
katılabilmesi için olgunlaşması gerekir. Olgunlaşması 3 temel aşamada
gerçekleşir; ilki 5’ Cap eklenmesidir. Sentez devam ederken, ilk 25 nükleotit
yerleştiğinde dizinin başına 5' cap eklenir. İkinci olay ise 3’Poli A kuyruğu
eklenmesidir. Sentez sonunda 3’ucuna
eklenir. Bu ilk iki olayda temel amaç aslında RNA molekülünü nükleazlara karşı
koruma altına almaktır. Son basamakta
ise splicing gerçekleşir. Aslında daha sentez devam ederken splicing
işaretlemeleri gerçekleştirilir. Sentez tamamlandığında ise splicing bu
işaretlenmiş bölgelerde gerçekleştirilir. Splicingte temel amaç ise intronların
uzaklaştırılması ve eksonların birleştirilmesidir. Bu mekanizmalar sayesinde;
mRNA kararlılığının sağlanır. Çekirdekten sitoplazmaya taşınması
gerçekleşebilir ve protein sentezine katılabilir. Protein sentezi ribozomda
gerçekleşir. Ribozom sadece 3’ poli A kuyruğu ve 5’cap bölgesi birleşmiş,
etkileşime geçmiş olan mRNA’yı tanır. Böylelikle sentez başlar.
Bunun yanında alternatif
splice adı verilen bir durum daha vardır. Alternatif splicing mekanizması
sayesinde tüm ekzonlar birleştirilemeyebilir. Yani bazen eksonlar intron gibi
algılanabilir. İntronların 3’ ve 5’ uçlarında tanıma bölgeleri bulunur. Bu noktaların
tümü tanınırsa tüm intronlar çıkarılıp tüm ekzonlar birleştirilebilir. Ancak
bazen bazı tanıma noktaları tanınmaz ve bu da eksonlarında intron gibi
algılanmasına neden olur. Aslında bu olay aynı gen üzerinden farklı ürünlerin
oluşturulmasına olanak tanır. Böylece 20-25 ginimiz olmasına rağmen 1 milyondan
fazla protein sentezi bu ve bu gibi mekanizmalar sayesinde sağlanır. Tanıma bölgesinin tespitinde splicing
faktörler kullanılır. Bu faktörler splicing bölgelerini tanıyıp seçme
kabiliyetini etkiler. Spliceosome üzerinde etki yaparak ya tanıma kabiliyetini
arttırırlar ya da inhibe ederler. Bazı hastalıklar alternatif splicing olayı
yüzünden ortaya çıkar.
Bu hastalıklardan biri
ailesel disotonomi hastalığıdır. "Riley-Day sendromu" veya
"kalıtsal duyusal nöropati tip III’’ olarak da bilinir. Esas olarak
Aşkenaz Yahudilerinde görülen nadir bir hastalıktır. Otonom sinir sisteminde
duyusal sempatik ve parasempatik sinir hücrelerinin gelişimini ve hayatta
kalmasını etkileyen bir hastalıktır. Nadir olarak görülen bu hastalık resesif
geçişli genetik bir hastalıktır. Otonom sinir sisteminin görevlerinden
bazıları; sindirim, nefes alma, kan basıncı ile vücut ısı dengesinin
sağlanmasıdır. Hastalığa sahip kişilerde ağrıya duyarsızlık, yutma güçlüğü,
kararsız kan basıncı gibi semptomlar görülür. Hastalık IKBKAP geninin anormal
alternatif splicinge uğraması sonucunda oluşur. IKBKAP geni IKAP proteinini
kodlar. IKBKAP geninde meydana gelen 2 mutasyon ailesel distonomi hastalığına
sebebiyet verir.
Bu mutasyonlardan birinde IKAP proteini hiç sentezlenemez. Bu mutasyona sahip bireylerde mutasyon ölüme neden olur. Bir diğer mutasyon ise alternatif splicing mekanizmasını etkiler. 37 ekzon içeren IKBKAP geninin 20. ekzonu alternatif splicing mekanizmasıyla çıkarılmıştır. Bunun nedeni bir nokta mutasyonudur. 9q31 üzerindeki İntron 20 de 5’birleştirilme bölgesinin 6. baz çiftinde mutasyon söz konusudur. GTAAGT dizisinin GTAAGC’ye yani T’nin C’ne dönüşmesi söz konusudur. Bunun sonucunda 5’ tanıma bölgesi U1 snRNP’si tarafından tanınamaz. Bu durum; Ekzon 20 de kodlanan tüm amino asitlerin eksik olması ile sonuçlanır. Bu olay da tepesi kesik IKAP proteininin oluşmasına neden olur. Böylece fonksiyonel IKAP proteininin sentezi azalmış olur. Bu ekspresyon seviyesinin azalması FD semptomlarına sebebiyet verir. IKAP eksikliği FD hastalarında; demiyelenizasyona sebep olur. Miyelinizasyonla ilgili genlerin aşağı regülasyonunu sağlar. IKAP ekspresyonunun azalması; tRNA modifikasyonuna ve nöronal hücre sağ kalımını tehlikeye atmaya neden olur ve IKAP’ın tamamen yokluğu ölümcüldür.
Bu durumun
düzeltilebilmesi için tedavi yöntemleri araştırılmıştır. Bu yöntemlerden
birinde SR proteinlerine odaklanılmıştır. SR proteinleri alternatif splicingi
düzenlediği bilinen trans etkili ekleme faktörleridir. Bunların aktivitesi, bir
spliceosomal tanımayı teşvik etmek için RS bölgesinin,fosforilasyonuyla
düzenlenir. SR protein kinazları (SRPK'ler) ve cdc benzeri kinazlar (CLK'ler)
tarafından fosforilasyon gerçekleşir. Bu amaçla kullanılacak
analogların üretilmesi hedeflenmektedir. Bunun yanında yapılan araştırmalarda
intron 20'deki bir intronik uçbirleştirme arttırıcıya bağlanan serin/arginin
açısından zengin uçbirleştirme faktörü 6'nın (SRSF6) yokluğunda ekson 20 dahil
edilmesinin bastırıldığını ortaya konulmuştur. Buradan yola çıkılarak RECTAS geliştirilmiştir.
RECTAS ve CLK etkileşimi hücresel SRSF6 aktivitesini sağlar, bu da doğru
kırpılmaya neden olur.
Referanslar
- Yoshida, M. Ve diğerleri (2015). Rectifier of aberrant mRNA splicing recovers tRNA modification in familial dysautonomia. PNAS, 112 (9) 2764-2769
- https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1415525112
- Jiang, W., Chen, L. (2021). Alternative splicing: Human disease and quantitative analysis from high-throughput sequencing. Computational and Structural Biotechnology Journal, 19, 183-195.
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S200103702 0305341
- Kaufmann, L., Kaufmann, H. (2012). Familial dysautonomia (Riley–Day syndrome): When baroreceptor feedback fails. Autonomic Neuroscience, 172(1-2), 26-30
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566070212001804
- Anderson, S. Ve diğerleri (2001). Familial Dysautonomia Is Caused by Mutations of the IKAP Gene. Am. J. Hum. Genet. 68:753–758
- https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0002-9297%2807%2963113-9
- Ajiro, M. Ve diğerleri (2021). Therapeutic manipulation of IKBKAP mis-splicing with a small molecule to cure familial dysautonomia. NATURE COMMUNICATIONS, 12:4507
- https://www.nature.com/articles/s41467-021-24705-5
- Liu, Q. Ve diğerleri (2022). Alternative Splicing and Isoforms: From Mechanisms to Diseases. Genes, 13 (3), 401
- https://www.mdpi.com/2073-4425/13/3/401/htm
- Swanson, M. (2015). Rectifying RNA splicing errors in hereditary neurodegenerative disease. PNAS, 112 (9) 2637-2638
- https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1500976112
- Slaugenhaupt, S., Gusella, J. (2002). Familial dysautonomia. Current Opinion in Genetics & Development, 12(3): 307-311
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X02003039
- https://www.anat1dadb.med.kyoto-u.ac.jp/course-introduction/rna-disease/
Yorumlar
Yorum Gönder