Moleküler Genetik

Tanım ve Kapsam

Moleküler genetik; genetik bilginin DNA’da depolanmasını, RNA aracılığıyla ifade edilmesini, protein veya işlevsel RNA ürünlerine dönüştürülmesini ve hücreler ile nesiller arasında aktarılmasını moleküler düzeyde inceleyen bilim dalıdır. Genlerin yapısı, DNA replikasyonu, transkripsiyon, RNA işlenmesi, translasyon, gen ekspresyonunun düzenlenmesi, DNA onarımı, rekombinasyon ve mutasyon oluşumu moleküler genetiğin temel çalışma alanlarıdır.

Moleküler genetik, klasik genetikte gözlenen kalıtım örüntülerini DNA dizileri ve gen ürünleriyle ilişkilendirir. Bir fenotipin ortaya çıkışı yalnızca bir genin varlığına bağlı değildir; genin hangi hücrede, ne zaman ve ne düzeyde ifade edildiği de belirleyicidir. Promotörler, güçlendiriciler, susturucular, transkripsiyon faktörleri, kromatin yapısı, epigenetik değişiklikler ve kodlamayan RNA’lar gen ekspresyonunun düzenlenmesine katkıda bulunur.

Moleküler genetik çalışmaları; kalıtsal hastalıkların tanısı, kanser genomlarının incelenmesi, taşıyıcılık taraması, prenatal tanı, farmakogenetik, adli genetik, enfeksiyon etkenlerinin tanımlanması ve gen düzenleme uygulamaları gibi birçok alanda kullanılmaktadır. PCR, DNA dizileme, kromozomal mikrodizi, yeni nesil dizileme ve CRISPR-Cas sistemleri bu alanın temel teknolojileri arasındadır.

Temel Kavramlar

Gen, işlevsel bir RNA veya protein ürününün sentezi için gerekli bilgiyi içeren DNA bölgesidir. Bir gen yalnızca protein kodlayan diziden oluşmaz; promotör, ekzon, intron, düzenleyici bölgeler ve çevrilmeyen bölgeler gibi işlevsel bileşenleri de içerebilir.

Genom, bir organizmanın veya hücrenin sahip olduğu genetik materyalin tamamıdır. İnsan genomu, çekirdekte bulunan nükleer genom ile mitokondrilerde bulunan mitokondriyal genomdan oluşur.

Alel, aynı gen lokusunda bulunan alternatif DNA dizilerinden biridir. Bir alel normal işlevli, işlev kaybettirici, işlev kazandırıcı veya fenotip üzerinde belirgin etkisi olmayan bir varyant taşıyabilir.

Genotip, bireyin belirli bir gen veya genom bölgesindeki alel bileşimidir. Fenotip, genotip ile hücresel, fizyolojik ve çevresel etkenlerin etkileşimi sonucunda ortaya çıkan gözlenebilir özelliktir.

Mutasyon, DNA dizisinde oluşan kalıcı değişikliktir. Klinik moleküler genetikte hastalık oluşturma potansiyeli bulunan değişiklikler çoğunlukla “patojenik varyant” veya “olası patojenik varyant” olarak tanımlanır. Her DNA değişikliği hastalık oluşturmaz.

Gen ekspresyonu, bir gende bulunan bilginin işlevsel RNA veya protein ürününe dönüştürülmesidir. Protein kodlayan genlerde süreç genel olarak transkripsiyon ve translasyondan oluşur.

Epigenetik, DNA dizisini değiştirmeden gen ekspresyonunu etkileyen kalıtsal veya kararlı moleküler düzenlemeleri kapsar. DNA metilasyonu, histon modifikasyonları ve kromatin organizasyonu temel epigenetik mekanizmalardır.

Moleküler Yapı ve Bileşenler

DNA, deoksiribonükleotidlerden oluşan çift zincirli bir nükleik asittir. Her nükleotid; bir fosfat grubu, deoksiriboz şekeri ve azotlu bazdan meydana gelir. DNA’daki bazlar adenin, timin, guanin ve sitozindir. Adenin timinle, guanin ise sitozinle hidrojen bağları oluşturarak eşleşir.

DNA zincirleri birbirine antiparaleldir. Bir zincir 5′ → 3′ yönünde uzanırken tamamlayıcı zincir 3′ → 5′ yönündedir. Nükleotidler aynı zincirde fosfodiester bağlarıyla birbirine bağlanır. DNA dizisindeki baz sırası genetik bilgiyi taşır.

DNA’nın yapısal organizasyonu şu şekilde gösterilebilir:

Nükleotid → DNA çift sarmalı → Nükleozom → Kromatin → Kromozom → Genom

Ökaryotik DNA, histon proteinleri çevresine sarılarak nükleozomları oluşturur. Yaklaşık 147 baz çifti DNA; H2A, H2B, H3 ve H4 histonlarından oluşan oktamer çevresinde düzenlenir. Nükleozomlar, DNA’nın çekirdek içerisinde paketlenmesine ve genlerin erişilebilirliğinin düzenlenmesine katkı sağlar.

Tipik bir protein kodlayan ökaryotik gen; promotör, transkripsiyon başlangıç bölgesi, 5′ çevrilmeyen bölge, ekzonlar, intronlar, başlangıç kodonu, durdurma kodonu, 3′ çevrilmeyen bölge ve poliadenilasyon sinyali gibi bileşenler içerebilir.

RNA, riboz şekeri içeren ve timin yerine urasil taşıyan nükleik asittir. Haberci RNA, ribozomal RNA, taşıyıcı RNA, mikroRNA, küçük nükleer RNA ve uzun kodlamayan RNA gibi farklı RNA sınıfları bulunur. Her RNA türü genetik bilginin ifade edilmesinde farklı bir görev üstlenir.

Biyokimyasal / Moleküler Mekanizma

Moleküler genetikte genetik bilgi akışı genel olarak merkezi dogma ile açıklanır:

DNA → Transkripsiyon → RNA → Translasyon → Protein

Bu şema temel bilgi akışını gösterir; ancak bütün genler protein kodlamaz. Bazı genlerin son ürünü ribozomal RNA, taşıyıcı RNA, mikroRNA veya uzun kodlamayan RNA gibi işlevsel RNA molekülleridir. Retrovirüsler ve hücresel retrotranspozonlarda RNA’dan DNA sentezlenmesi de mümkündür.

DNA replikasyonu

DNA replikasyonu yarı korunumlu olarak gerçekleşir. Oluşan her DNA molekülü, bir eski ve bir yeni sentezlenmiş zincir içerir. Replikasyon başlangıç bölgelerinde DNA helikaz tarafından açılır. Tek zincirli DNA bağlayıcı proteinler ayrılmış zincirleri kararlı hâle getirirken topoizomerazlar açılmaya bağlı burulma gerilimini azaltır.

Replikasyonun genel sırası şöyledir:

Replikasyon başlangıç bölgesi → DNA’nın açılması → RNA primeri sentezi → DNA zincirinin uzatılması → Primerlerin uzaklaştırılması → Boşlukların doldurulması → DNA parçalarının birleştirilmesi

DNA polimerazlar yeni DNA zincirini yalnızca 5′ → 3′ yönünde sentezler. Öncü zincir kesintisiz, geciken zincir ise Okazaki parçaları hâlinde sentezlenir. DNA ligaz, Okazaki parçaları arasındaki fosfodiester bağlarını kurar.

Transkripsiyon

Transkripsiyon, DNA’daki genetik bilginin RNA’ya aktarılmasıdır. RNA polimeraz, DNA kalıp zincirini 3′ → 5′ yönünde okur ve RNA’yı 5′ → 3′ yönünde sentezler.

DNA kalıp zinciri → RNA polimeraz → Öncül RNA

Ökaryotik hücrelerde RNA polimeraz I büyük ribozomal RNA’ların, RNA polimeraz II mRNA ve bazı kodlamayan RNA’ların, RNA polimeraz III ise tRNA ve 5S rRNA gibi küçük RNA’ların sentezinde görev alır.

RNA polimeraz II tarafından sentezlenen öncül mRNA; 5′ başlık eklenmesi, intronların çıkarılması, ekzonların birleştirilmesi ve 3′ poli-A kuyruğu eklenmesiyle olgunlaşır:

Öncül mRNA → 5′ başlık oluşumu → Kesip birleştirme → Poliadenilasyon → Olgun mRNA

Translasyon

Translasyon, mRNA’daki nükleotid dizisinin amino asit dizisine çevrilmesidir. Ribozom, mRNA üzerindeki kodonları 5′ → 3′ yönünde okur. Taşıyıcı RNA molekülleri, antikodonları aracılığıyla kodonları tanır ve uygun amino asitleri ribozoma getirir.

mRNA kodonu + Aminoasil-tRNA → Ribozomal peptid bağı oluşumu → Polipeptid zinciri

Aminoasil-tRNA sentetazlar, her amino asidi uygun tRNA molekülüne bağlar. Ribozomun büyük alt birimindeki ribozomal RNA, peptid bağının oluşumunu katalizler. Bu nedenle ribozom yalnızca proteinlerden oluşan bir yapı değil, katalitik RNA içeren bir ribonükleoprotein kompleksidir.

DNA onarımı

DNA, replikasyon hataları, reaktif oksijen türleri, ultraviyole ışınları, iyonlaştırıcı radyasyon ve kimyasal maddeler nedeniyle sürekli hasar görür. Genom bütünlüğünün korunması için farklı onarım mekanizmaları kullanılır.

Metabolizma / Fizyoloji

Moleküler genetik süreçlerin sürdürülebilmesi, hücresel enerji metabolizması ve nükleotid senteziyle doğrudan ilişkilidir. DNA ve RNA sentezi için pürin ve pirimidin nükleotidleri gereklidir. Ribonükleotid redüktaz, ribonükleotidleri DNA sentezinde kullanılacak deoksiribonükleotidlere dönüştürür.

Pürin ve pirimidin sentezinde amino asitler, riboz-5-fosfat, karbondioksit ve tek karbon birimleri kullanılır. Folat türevleri, pürin halkasının ve timidilatın sentezinde tek karbon vericisi olarak görev yapar. Vitamin B12 ise folat metabolizmasının sürdürülmesine dolaylı katkıda bulunur.

dUMP → Timidilat sentaz + 5,10-metilen-THF → dTMP

Bu reaksiyon DNA sentezi için gerekli timidilatın oluşmasını sağlar. Folat metabolizmasının bozulması, dTMP sentezini azaltarak urasilin DNA’ya yanlış katılmasına ve kromozomal kırılganlığın artmasına katkıda bulunabilir.

DNA ve histon metilasyonu için S-adenozilmetiyonin temel metil grubu vericisidir. Histon asetilasyonu asetil-koenzim A düzeylerinden, sirtuin ailesi deasetilazların etkinliği ise NAD⁺ düzeylerinden etkilenir. Böylece enerji ve ara metabolizma, kromatin yapısı ile gen ekspresyonuna bağlanır.

DNA replikasyonu, helikaz etkinliği, kromatin yeniden düzenlenmesi, protein sentezi ve protein yıkımı ATP tüketen süreçlerdir. Magnezyum iyonları DNA ve RNA polimerazlar, ligazlar ve birçok nükleik asit enzimi için gerekli kofaktör olarak görev yapar.

Moleküler genetik mekanizmalar fizyolojik hücre farklılaşmasının da temelini oluşturur. Sinir hücresi, hepatosit ve kas hücresi büyük ölçüde aynı genomu taşır; ancak farklı gen kümelerini ifade eder. Dokuya özgü transkripsiyon faktörleri ve epigenetik düzenlemeler, aynı genomdan farklı hücresel fenotiplerin oluşmasını sağlar.

Düzenlenme Mekanizmaları

Gen ekspresyonu; transkripsiyon öncesi, transkripsiyonel, posttranskripsiyonel, translasyonel ve posttranslasyonel düzeylerde düzenlenebilir.

Kromatin düzeyinde düzenlenme

DNA metilasyonu, çoğunlukla CpG dinükleotidlerindeki sitozin kalıntılarında gerçekleşir. Promotör bölgelerinde yoğun DNA metilasyonu, transkripsiyon faktörlerinin bağlanmasını azaltabilir ve baskılayıcı kromatin proteinlerini bölgeye çekebilir.

Histon asetiltransferazlar histon lizinlerine asetil grubu ekler. Asetilasyon, histonların pozitif yükünü azaltarak DNA-histon etkileşimini zayıflatabilir ve kromatini daha erişilebilir hâle getirebilir. Histon deasetilazlar asetil gruplarını uzaklaştırır.

Histon metilasyonu, değişikliğin gerçekleştiği amino aside göre aktif veya baskılanmış kromatinle ilişkili olabilir. H3K4 metilasyonu çoğunlukla aktif promotörlerle, H3K27 ve H3K9 metilasyonu ise baskılanmış kromatin bölgeleriyle ilişkilidir.

Transkripsiyonel düzenlenme

Genel transkripsiyon faktörleri, RNA polimerazın promotör üzerinde doğru biçimde konumlanmasını sağlar. Dokuya özgü transkripsiyon faktörleri ise belirli gen gruplarını etkinleştirerek hücresel kimliğin oluşmasına katkıda bulunur.

Güçlendirici bölgeler kromatin döngüleri aracılığıyla promotörlerle temas edebilir. CTCF ve kohezin kompleksleri, üç boyutlu genom organizasyonunu ve düzenleyici DNA bölgeleri arasındaki fiziksel etkileşimleri kontrol eder.

Posttranskripsiyonel düzenlenme

Alternatif kesip birleştirme, aynı öncül RNA’dan farklı ekzon kombinasyonları içeren mRNA’ların oluşmasını sağlar. Böylece tek bir gen birden fazla protein izoformu üretebilir.

MikroRNA’lar hedef mRNA’lara kısmi tamamlayıcılıkla bağlanarak mRNA yıkımını artırabilir veya translasyonu baskılayabilir. Uzun kodlamayan RNA’lar kromatin düzenlenmesi, transkripsiyon ve RNA işlenmesi gibi birçok süreçte görev alabilir.

Translasyon ve protein düzeyinde düzenlenme

mRNA’nın ribozoma bağlanması, başlangıç faktörleri ve hücresel stres yanıtları translasyon hızını düzenler. Sentezlenen proteinler fosforilasyon, asetilasyon, metilasyon, glikozilasyon ve ubikuitinasyon gibi posttranslasyonel değişikliklere uğrayabilir.

Ubikuitin-proteazom sistemi, kısa ömürlü veya hasarlı proteinleri seçici biçimde parçalar:

Hedef protein → Ubikuitinlenme → Proteazoma yönlendirme → Peptitlere parçalanma

Görev Alan Enzimler, Proteinler ve Kofaktörler

DNA ve RNA polimerazlar için magnezyum iyonları temel kofaktörlerdir. ATP; helikazlar, ligazlar, kromatin yeniden düzenleyici kompleksler ve protein kalite kontrol sistemleri tarafından kullanılır. Folat türevleri ve S-adenozilmetiyonin ise nükleotid sentezi ve epigenetik düzenleme için gereklidir.

Doku, Organ ve Hücresel Dağılım

İnsan vücudundaki çekirdekli somatik hücrelerin çoğu aynı temel nükleer genomu taşır. Bununla birlikte her hücrede aynı genler eşit düzeyde ifade edilmez. Hücre tipi, farklılaşma düzeyi, gelişimsel dönem ve çevresel sinyaller gen ekspresyon profilini belirler.

Hepatositlerde albumin, pıhtılaşma faktörleri ve metabolik enzimlerin genleri yüksek düzeyde ifade edilir. Pankreas beta hücrelerinde insülin senteziyle ilişkili genler, kas hücrelerinde kasılma proteinlerini kodlayan genler, sinir hücrelerinde ise sinaptik iletişim ve iyon kanalı genleri daha etkin olabilir.

Olgun eritrositler çekirdeklerini kaybettikleri için nükleer DNA içermez ve yeni RNA sentezleyemez. Trombositler de çekirdeksizdir; ancak megakaryositlerden aktarılan RNA ve proteinleri içerebilir. Olgun sperm hücresinde genom oldukça yoğun paketlenmiş durumdadır ve histonların önemli bir bölümü protaminlerle değiştirilmiştir.

Mitokondriyal DNA, mitokondri içeren hücrelerin büyük bölümünde bulunur. Mitokondri sayısı ve mitokondriyal DNA kopya sayısı, dokunun enerji gereksinimine göre değişebilir. Kalp, beyin, iskelet kası ve böbrek gibi enerji tüketimi yüksek dokularda mitokondriyal işlev özellikle önemlidir.

Somatik mutasyonlar, döllenmeden sonra belirli hücrelerde ortaya çıkar ve yalnızca bu hücrelerin oluşturduğu hücre soyunda bulunabilir. Bu durum somatik mozaikliğe yol açabilir. Kanserlerde tümör hücreleri, normal dokulardan farklı mutasyon ve gen ekspresyon profillerine sahiptir.

Biyolojik Fonksiyonlar

Moleküler genetik sistemlerin temel işlevi, genetik bilginin korunması, çoğaltılması, ifade edilmesi ve gerektiğinde düzenlenmesidir.

Başlıca biyolojik işlevler şunlardır:

• DNA dizisinin hücre nesilleri boyunca korunması
• Genetik bilginin DNA replikasyonuyla çoğaltılması
• Gen bilgisinin RNA’ya aktarılması
• Protein ve işlevsel RNA sentezinin gerçekleştirilmesi
• Hücre tipine özgü gen ekspresyonunun oluşturulması
• DNA hasarının tanınması ve onarılması
• Homolog rekombinasyon aracılığıyla genetik çeşitlilik oluşturulması
• Hücresel farklılaşma ve gelişim programlarının düzenlenmesi
• Çevresel sinyallere uygun gen yanıtlarının oluşturulması
• Hatalı RNA ve proteinlerin kalite kontrol sistemleriyle uzaklaştırılması
• Mitokondriyal enerji üretiminin genomik kontrolünün sağlanması

Gen ekspresyonunun doğru düzenlenmesi hücresel homeostaz için zorunludur. Bir genin yetersiz ifade edilmesi protein eksikliğine, aşırı ifade edilmesi ise sinyal yolunun kontrolsüz etkinleşmesine veya toksik protein birikimine yol açabilir.

Klinik ve Patofizyolojik Önemi

Moleküler genetik, hastalıkların yalnızca klinik bulgularla değil, altta yatan DNA, RNA ve protein değişiklikleriyle açıklanmasını sağlar. Tek nükleotid varyantları, küçük insersiyon ve delesyonlar, kopya sayısı değişiklikleri, kromozomal yeniden düzenlenmeler, tekrar genişlemeleri ve epigenetik bozukluklar hastalık oluşturabilir.

Bir varyantın klinik etkisi; genin işlevine, varyantın bulunduğu bölgeye, protein üzerindeki etkisine, kalıtım modeline, penetransa ve bireyin diğer genetik özelliklerine bağlıdır. Aynı gendeki farklı varyantlar farklı klinik tablolar oluşturabilir; farklı genlerdeki değişiklikler ise benzer bir fenotipe yol açabilir.

Başlıca moleküler tanı yöntemleri şunlardır:

Kanser moleküler genetiğinde onkogenler, tümör baskılayıcı genler, DNA onarım genleri ve kromozomal füzyonlar incelenir. BCR::ABL1 füzyonu, EGFR varyantları, HER2 amplifikasyonu ve BRCA1/BRCA2 değişiklikleri tanı, prognoz veya tedavi seçiminde kullanılabilen moleküler örneklerdir.

Farmakogenetik, ilaçların emilimi, metabolizması, taşınması ve hedefle etkileşimini etkileyen genetik varyantları araştırır. Genetik özellikler bazı ilaçlarda etkinlik, doz gereksinimi ve toksisite riskini değiştirebilir.

Eksiklik, Fazlalık ve Bozukluk Durumları

Moleküler genetik bozukluklar, gen ürününün miktar veya işlevindeki değişikliğe göre sınıflandırılabilir.

İşlev kaybı, proteinin üretilememesi, kararsız olması veya katalitik etkinliğinin azalmasıdır. Resesif hastalıklarda çoğunlukla her iki alelin de etkilenmesi gerekir.

Haployetersizlik, iki normal gen kopyasından birinin kaybı sonucunda kalan tek kopyanın yeterli protein üretememesidir. Bu mekanizma otozomal dominant hastalıklara yol açabilir.

İşlev kazanımı, proteinin sürekli etkinleşmesi, yeni bir işlev kazanması veya normalden farklı bir hücresel bölgede etkinlik göstermesidir. Bu tür değişiklikler sıklıkla dominant etki oluşturur.

Dominant-negatif etki, varyant proteinin normal proteine bağlanarak onun işlevini de bozmasıdır. Çok alt birimli proteinlerde ve yapısal proteinlerde görülebilir.

Gen dozajı bozukluğu, bir DNA bölgesinin delesyonu veya duplikasyonu sonucunda gen ürününün azalması ya da artmasıdır.

Yanlış kesip birleştirme, ekzonların atlanmasına, intronların korunmasına veya anormal kesip birleştirme bölgelerinin kullanılmasına neden olabilir. Sonuçta çerçeve kayması, erken durdurma kodonu veya anormal protein oluşabilir.

Nonsense aracılı mRNA yıkımı, erken durdurma kodonu içeren mRNA’ların hücre tarafından parçalanmasını sağlar. Bu mekanizma anormal protein üretimini azaltırken ilgili gen ürününün eksikliğine yol açabilir.

Tekrar genişlemesi, belirli kısa DNA tekrarlarının normal sınırların üzerine çıkmasıdır. Genişleme; gen susturulması, toksik RNA oluşumu veya anormal uzunlukta protein üretimiyle hastalık oluşturabilir.

DNA onarım eksikliği, mutasyon birikimini ve kanser yatkınlığını artırır. Yanlış eşleşme onarımı, nükleotid eksizyon onarımı veya homolog rekombinasyon sistemlerindeki bozukluklar farklı kalıtsal kanser sendromlarına yol açabilir.

İlişkili Hastalıklar ve Klinik Tablolar

Hastalığın şiddeti yalnızca patojenik varyantın varlığına bağlı değildir. Varyantın türü, artık protein etkinliği, penetrans, modifier genler, epigenetik durum, mozaiklik ve çevresel faktörler klinik fenotipi değiştirebilir.

Beslenme, İlaç ve Çevresel Faktörlerle İlişki

Beslenme, kalıtsal DNA dizisini doğrudan değiştirmez; ancak DNA sentezi, onarımı, metilasyonu ve gen ekspresyonu için gerekli metabolik ortamı etkileyebilir. Folat, vitamin B12, kolin ve metiyonin tek karbon metabolizması ve S-adenozilmetiyonin senteziyle ilişkilidir.

Folat veya vitamin B12 yetersizliği, nükleotid sentezini ve DNA metilasyonunu etkileyebilir. Timidilat sentezinin azalması, urasilin DNA’ya yanlış katılmasına ve zincir kırıklarının artmasına katkıda bulunabilir. Bununla birlikte vitamin takviyelerinin kalıtsal genetik hastalıkları ortadan kaldırdığı veya genomu genel olarak “onardığı” düşüncesi bilimsel olarak doğru değildir.

Bazı kalıtsal metabolik hastalıklarda beslenme tedavisi fenotipi önemli ölçüde değiştirebilir. Fenilketonüride fenilalanin kısıtlaması, PAH genindeki değişikliği düzeltmez; ancak fenilalanin birikimini azaltarak nörolojik hasarın önlenmesine katkı sağlar.

Ultraviyole ışınları DNA’da pirimidin dimerleri oluşturabilir. İyonlaştırıcı radyasyon tek ve çift zincirli DNA kırıklarına yol açabilir. Tütün dumanı, benzen ve bazı endüstriyel kimyasallar DNA eklentileri, oksidatif hasar veya kromozomal değişiklikler oluşturabilir.

Alkilleyici antineoplastik ilaçlar DNA bazlarına kovalent gruplar ekleyebilir. Platin bileşikleri DNA çapraz bağları oluşturabilir. Topoizomeraz inhibitörleri DNA kesilerinin yeniden birleştirilmesini engelleyebilir. Bu etkiler tümör hücrelerinin ölümünü sağlarken normal hücrelerde de genotoksisite oluşturabilir.

Antifolat ilaçlar nükleotid sentezini azaltarak hızlı çoğalan hücreleri etkiler. DNA metiltransferaz ve histon deasetilaz inhibitörleri ise epigenetik düzenlemeleri değiştirerek bazı malignitilerin tedavisinde kullanılabilir.

Farmakogenetik varyantlar, ilaç metabolizmasını ve toksisite riskini değiştirebilir. CYP2C19, CYP2D6, TPMT, NUDT15, DPYD ve UGT1A1 gibi genlerdeki farklılıklar bazı ilaçların dozlandırılmasında veya güvenli kullanımında klinik önem taşıyabilir.

Kısaltmalar ve Açılımları

DNA: Deoksiribonükleik Asit. Genetik bilginin depolandığı ve hücreler ile nesiller arasında aktarıldığı nükleik asittir.

RNA: Ribonükleik Asit. Genetik bilginin ifade edilmesi, protein sentezi ve gen düzenlenmesinde görev yapan nükleik asittir.

mRNA: Messenger RNA – Haberci RNA. Protein sentezi için DNA’daki genetik bilgiyi ribozoma taşıyan RNA türüdür.

rRNA: Ribosomal RNA – Ribozomal RNA. Ribozomun yapısal ve katalitik temelini oluşturan RNA türüdür.

tRNA: Transfer RNA – Taşıyıcı RNA. Amino asitleri ribozoma taşıyan ve mRNA kodonlarını antikodonuyla tanıyan RNA türüdür.

miRNA: MicroRNA – MikroRNA. Hedef mRNA’ların yıkımını veya translasyonunun baskılanmasını düzenleyen kısa RNA molekülüdür.

lncRNA: Long Non-Coding RNA – Uzun Kodlamayan RNA. Kromatin, transkripsiyon ve RNA işlenmesi gibi süreçleri düzenleyebilen kodlamayan RNA sınıfıdır.

UTR: Untranslated Region – Çevrilmeyen Bölge. mRNA’nın proteine çevrilmeyen ancak kararlılık ve translasyon düzenlenmesinde görev alan bölümüdür.

ORF: Open Reading Frame – Açık Okuma Çerçevesi. Başlangıç ve durdurma kodonları arasında protein kodlama potansiyeli bulunan nükleotid dizisidir.

PCR: Polymerase Chain Reaction – Polimeraz Zincir Reaksiyonu. Belirli bir DNA bölgesini in vitro olarak çoğaltan yöntemdir.

RT-PCR: Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction – Ters Transkripsiyon Polimeraz Zincir Reaksiyonu. RNA’nın önce tamamlayıcı DNA’ya dönüştürülmesi ve ardından çoğaltılması esasına dayanır.

qPCR: Quantitative Polymerase Chain Reaction – Nicel Polimeraz Zincir Reaksiyonu. DNA çoğalmasını gerçek zamanlı floresan ölçümüyle nicel olarak izleyen yöntemdir.

cDNA: Complementary DNA – Tamamlayıcı DNA. RNA kalıbından ters transkriptaz aracılığıyla sentezlenen DNA’dır.

NGS: Next-Generation Sequencing – Yeni Nesil Dizileme. Çok sayıda DNA parçasının eş zamanlı ve yüksek kapasiteli olarak dizilenmesini sağlayan teknolojidir.

WES: Whole-Exome Sequencing – Tüm Ekzom Dizileme. Genomdaki protein kodlayan ekzonların büyük bölümünü inceleyen dizileme yaklaşımıdır.

WGS: Whole-Genome Sequencing – Tüm Genom Dizileme. Nükleer ve bazı analizlerde mitokondriyal genomun geniş kapsamlı dizilenmesidir.

FISH: Fluorescence In Situ Hybridization – Floresan İn Situ Hibridizasyon. Floresan problarla belirli kromozom veya DNA bölgelerini gösteren yöntemdir.

MLPA: Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification. Belirli gen bölgelerindeki delesyon ve duplikasyonların araştırılmasında kullanılan yöntemdir.

SNP: Single-Nucleotide Polymorphism – Tek Nükleotid Polimorfizmi. Genomda tek bir nükleotid düzeyinde görülen yaygın dizi farklılığıdır.

SNV: Single-Nucleotide Variant – Tek Nükleotid Varyantı. DNA dizisindeki tek baz değişikliğini ifade eder.

CNV: Copy-Number Variation – Kopya Sayısı Varyasyonu. Bir DNA bölgesinin normalden az veya fazla kopya hâlinde bulunmasıdır.

CRISPR: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Bakteri ve arkelerde bağışıklık işlevi gören, biyoteknolojide gen düzenleme için kullanılan dizi sistemidir.

Cas9: CRISPR-Associated Protein 9. Kılavuz RNA aracılığıyla hedef DNA dizisini tanıyıp kesebilen nükleazdır.

DNMT: DNA Methyltransferase – DNA Metiltransferaz. DNA’ya metil grubu ekleyen enzim ailesidir.

HAT: Histone Acetyltransferase – Histon Asetiltransferaz. Histon proteinlerine asetil grubu ekleyerek kromatin erişilebilirliğini düzenleyen enzimdir.

HDAC: Histone Deacetylase – Histon Deasetilaz. Histonlardan asetil gruplarını uzaklaştıran enzim ailesidir.

SAM: S-Adenozilmetiyonin. DNA ve histon metilasyonunda temel metil grubu vericisi olarak görev yapan metabolittir.

ATP: Adenozin Trifosfat. DNA replikasyonu, kromatin yeniden düzenlenmesi ve protein sentezi gibi süreçlerde kullanılan temel enerji molekülüdür.

Kaynakça

1. Alberts, B., Heald, R., Johnson, A., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2022). Molecular biology of the cell (7th ed.). W. W. Norton & Company.
2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. C., Yaffe, M. B., & Amon, A. (2021). Molecular cell biology (9th ed.). W. H. Freeman.
3. Nelson, D. L., Cox, M. M., & Hoskins, A. A. (2021). Lehninger principles of biochemistry (8th ed.). W. H. Freeman.
4. Berg, J. M., Gatto, G. J., Jr., Hines, J. K., Tymoczko, J. L., & Stryer, L. (2023). Biochemistry (10th ed.). W. H. Freeman.
5. Strachan, T., & Read, A. P. (2018). Human molecular genetics (5th ed.). Garland Science.
6. Nussbaum, R. L., McInnes, R. R., & Willard, H. F. (2016). Thompson & Thompson genetics in medicine (8th ed.). Elsevier.
7. Pierce, B. A. (2020). Genetics: A conceptual approach (7th ed.). W. H. Freeman.
8. Griffiths, A. J. F., Doebley, J., Peichel, C., & Wassarman, D. A. (2020). An introduction to genetic analysis (12th ed.). W. H. Freeman.
9. Watson, J. D., Baker, T. A., Bell, S. P., Gann, A., Levine, M., & Losick, R. (2014). Molecular biology of the gene (7th ed.). Pearson.
10. Watson, J. D., & Crick, F. H. C. (1953). Molecular structure of nucleic acids: A structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171, 737–738.
11. Crick, F. (1970). Central dogma of molecular biology. Nature, 227(5258), 561–563.
12. Meselson, M., & Stahl, F. W. (1958). The replication of DNA in Escherichia coli. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 44(7), 671–682.
13. Jacob, F., & Monod, J. (1961). Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. Journal of Molecular Biology, 3(3), 318–356.
14. Luger, K., Mäder, A. W., Richmond, R. K., Sargent, D. F., & Richmond, T. J. (1997). Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 Å resolution. Nature, 389(6648), 251–260.
15. International Human Genome Sequencing Consortium. (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature, 409(6822), 860–921.
16. Nurk, S., Koren, S., Rhie, A., Rautiainen, M., Bzikadze, A. V., Mikheenko, A., Vollger, M. R., Altemose, N., Uralsky, L., Gershman, A., Aganezov, S., Hoyt, S. J., Diekhans, M., Logsdon, G. A., Alonge, M., Antonarakis, S. E., Borchers, M., Bouffard, G. G., Brooks, S. Y., Caldas, G. V., Chen, N. C., Cheng, H., Chin, C. S., Chow, W., de Lima, L. G., Dishuck, P. C., Durbin, R., Dvorkina, T., Fiddes, I. T., Formenti, G., Fulton, R. S., Fungtammasan, A., Garrison, E., Grady, P. G. S., Graves-Lindsay, T. A., Hall, I. M., Hansen, N. F., Hartley, G. A., Haukness, M., Howe, K., Hunkapiller, M. W., Jain, C., Jain, M., Jarvis, E. D., Kerpedjiev, P., Kirsche, M., Kolmogorov, M., Korlach, J., Kremitzki, M., Li, H., Maduro, V. V., Marschall, T., McCartney, A. M., McDaniel, J., Miller, D. E., Mullikin, J. C., Myers, E. W., Olson, N. D., Paten, B., Peluso, P., Pevzner, P. A., Porubsky, D., Potapova, T., Rogaev, E. I., Rosenfeld, J. A., Salzberg, S. L., Schneider, V. A., Sedlazeck, F. J., Shafin, K., Shew, C. J., Shumate, A., Sims, Y., Smit, A. F. A., Soto, D. C., Sović, I., Storer, J. M., Streets, A., Sullivan, B. A., Thibaud-Nissen, F., Torrance, J., Wagner, J., Walenz, B. P., Wenger, A., Wood, J. M. D., Xiao, C., Yan, S. M., Young, A. C., Zarate, S., Surti, U., McCoy, R. C., Dennis, M. Y., Alexandrov, I. A., Gerton, J. L., O’Neill, R. J., Timp, W., Zook, J. M., Eichler, E. E., Miga, K. H., & Phillippy, A. M. (2022). The complete sequence of a human genome. Science, 376(6588), 44–53.
17. ENCODE Project Consortium. (2012). An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome. Nature, 489(7414), 57–74.
18. Sanger, F., Nicklen, S., & Coulson, A. R. (1977). DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 74(12), 5463–5467.
19. Mullis, K. B., & Faloona, F. A. (1987). Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction. Methods in Enzymology, 155, 335–350.
20. Sharp, P. A. (1977). Split genes and RNA splicing. Cell, 12(2), 593–604.
21. Roberts, R. J. (1977). An amazing sequence arrangement at the 5′ ends of adenovirus 2 messenger RNA. Cell, 12(1), 1–8.
22. Lee, R. C., Feinbaum, R. L., & Ambros, V. (1993). The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell, 75(5), 843–854.
23. Fire, A., Xu, S., Montgomery, M. K., Kostas, S. A., Driver, S. E., & Mello, C. C. (1998). Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature, 391(6669), 806–811.
24. Jinek, M., Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2012). A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science, 337(6096), 816–821.
25. Komor, A. C., Kim, Y. B., Packer, M. S., Zuris, J. A., & Liu, D. R. (2016). Programmable editing of a target base in genomic DNA without double-stranded DNA cleavage. Nature, 533(7603), 420–424.
26. Anzalone, A. V., Randolph, P. B., Davis, J. R., Sousa, A. A., Koblan, L. W., Levy, J. M., Chen, P. J., Wilson, C., Newby, G. A., Raguram, A., & Liu, D. R. (2019). Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA. Nature, 576(7785), 149–157.
27. Richards, S., Aziz, N., Bale, S., Bick, D., Das, S., Gastier-Foster, J., Grody, W. W., Hegde, M., Lyon, E., Spector, E., Voelkerding, K., & Rehm, H. L. (2015). Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants. Genetics in Medicine, 17(5), 405–424.
28. Lek, M., Karczewski, K. J., Minikel, E. V., Samocha, K. E., Banks, E., Fennell, T., O’Donnell-Luria, A. H., Ware, J. S., Hill, A. J., Cummings, B. B., Tukiainen, T., Birnbaum, D. P., Kosmicki, J. A., Duncan, L. E., Estrada, K., Zhao, F., Zou, J., Pierce-Hoffman, E., Berghout, J., Cooper, D. N., Deflaux, N., DePristo, M., Do, R., Flannick, J., Fromer, M., Gauthier, L., Goldstein, J., Gupta, N., Howrigan, D., Kiezun, A., Kurki, M. I., Moonshine, A. L., Natarajan, P., Orozco, L., Peloso, G. M., Poplin, R., Rivas, M. A., Ruano-Rubio, V., Rose, S. A., Ruderfer, D. M., Shakir, K., Stenson, P. D., Stevens, C., Thomas, B. P., Tiao, G., Tusie-Luna, M. T., Weisburd, B., Won, H. H., Yu, D., Altshuler, D. M., Ardissino, D., Boehnke, M., Danesh, J., Donnelly, S., Elosua, R., Florez, J. C., Gabriel, S. B., Getz, G., Glatt, S. J., Hultman, C. M., Kathiresan, S., Laakso, M., McCarroll, S., McCarthy, M. I., McGovern, D., McPherson, R., Neale, B. M., Palotie, A., Purcell, S. M., Saleheen, D., Scharf, J. M., Sklar, P., Sullivan, P. F., Tuomilehto, J., Tsuang, M. T., Watkins, H. C., Wilson, J. G., Daly, M. J., & MacArthur, D. G. (2016). Analysis of protein-coding genetic variation in 60,706 humans. Nature, 536(7616), 285–291.
29. Karczewski, K. J., Francioli, L. C., Tiao, G., Cummings, B. B., Alföldi, J., Wang, Q., Collins, R. L., Laricchia, K. M., Ganna, A., Birnbaum, D. P., Gauthier, L. D., Brand, H., Solomonson, M., Watts, N. A., Rhodes, D., Singer-Berk, M., England, E. M., Seaby, E. G., Kosmicki, J. A., Walters, R. K., Tashman, K., Farjoun, Y., Banks, E., Poterba, T., Wang, A., Seed, C., Whiffin, N., Chong, J. X., Samocha, K. E., Pierce-Hoffman, E., Zappala, Z., O’Donnell-Luria, A. H., Minikel, E. V., Weisburd, B., Lek, M., Ware, J. S., Vittal, C., Armean, I. M., Bergelson, L., Cibulskis, K., Connolly, K. M., Covarrubias, M., Donnelly, S., Ferriera, S., Gabriel, S., Gentry, J., Gupta, N., Jeandet, T., Kaplan, D., Llanwarne, C., Munshi, R., Novod, S., Petrillo, N., Roazen, D., Ruano-Rubio, V., Saltzman, A., Schleicher, M., Soto, J., Tibbetts, K., Tolonen, C., Wade, G., Talkowski, M. E., Neale, B. M., Daly, M. J., & MacArthur, D. G. (2020). The mutational constraint spectrum quantified from variation in 141,456 humans. Nature, 581(7809), 434–443.