Replikasyon

Tanım ve Kapsam

Replikasyon, hücresel DNA’nın bölünme öncesinde kopyalanarak genetik bilginin yeni hücrelere aktarılmasını sağlayan biyokimyasal süreçtir. DNA replikasyonu yarı korunumlu olarak gerçekleşir; oluşan her yeni DNA çift sarmalı, ebeveyn DNA’dan gelen bir eski zincir ile yeni sentezlenmiş bir zincir içerir. Yarı korunumlu replikasyon modeli, Meselson ve Stahl’ın izotop yoğunluk deneyleriyle deneysel olarak gösterilmiştir. (PubMed)

Replikasyon; başlatılma, zincir uzaması, primerlerin uzaklaştırılması, DNA parçalarının birleştirilmesi ve sonlandırılma aşamalarından oluşur. DNA polimerazlar yalnızca mevcut bir kalıbı kullanarak ve serbest bir 3′-hidroksil ucundan başlayarak yeni DNA sentezleyebilir. Yeni zincir bütün organizmalarda 5′ → 3′ yönünde uzatılır.

DNA çift sarmalının antiparalel yapısı nedeniyle replikasyon çatalındaki iki yeni zincir aynı mekanizmayla sentezlenemez. Çatalın ilerleme yönünde sentezlenen öncü zincir büyük ölçüde kesintisiz, karşı yöndeki geciken zincir ise Okazaki parçaları adı verilen kısa DNA bölümleri hâlinde sentezlenir. Geciken zincirdeki kesintili sentez ilk kez Okazaki ve çalışma arkadaşlarının deneyleriyle gösterilmiştir. (PubMed)

Prokaryotik ve ökaryotik hücrelerde replikasyonun temel kimyasal ilkeleri benzerdir; ancak görev alan proteinler, replikasyon başlangıç bölgelerinin sayısı, kromatin organizasyonu ve hücre döngüsü denetimi farklıdır. Bakteriyel replikasyon mekanizmasında DNA polimeraz III ve DNA polimeraz I önemliyken insan hücrelerinde ana replikatif polimerazlar DNA polimeraz α, δ ve ε’dır.

Temel Kavramlar

Kalıp zincir, yeni DNA zincirinin baz dizisini belirleyen ebeveyn DNA zinciridir.

Yeni sentezlenen zincir, kalıp zincire tamamlayıcı olarak DNA polimeraz tarafından oluşturulan DNA dizisidir.

Replikasyon başlangıç bölgesi, DNA replikasyonunun başlatıldığı genom bölgesidir. Bakteriyel kromozomlarda çoğunlukla tek bir temel başlangıç bölgesi bulunurken ökaryotik kromozomlarda binlerce potansiyel başlangıç bölgesi yer alır.

Replikasyon kabarcığı, DNA’nın bir başlangıç bölgesinde açılmasıyla oluşan ve iki ucunda replikasyon çatalları bulunan yapıdır.

Replikasyon çatalı, ebeveyn DNA çift sarmalının açıldığı ve yeni DNA zincirlerinin sentezlendiği Y biçimli bölgedir.

Replizom, helikaz, primaz, DNA polimerazlar, kayıcı kelepçe ve diğer yardımcı proteinlerden oluşan çok proteinli replikasyon kompleksidir.

Öncü zincir, replikasyon çatalının ilerleme yönünde kesintisiz veya büyük ölçüde kesintisiz sentezlenen DNA zinciridir.

Geciken zincir, replikasyon çatalının ilerleme yönünün tersine doğru Okazaki parçaları hâlinde sentezlenen DNA zinciridir.

Primer, DNA polimerazın senteze başlayabilmesi için gerekli serbest 3′-OH ucunu sağlayan kısa nükleik asit dizisidir. Hücresel replikasyonda primer başlangıçta RNA içerir.

Okazaki parçaları, geciken zincirde ayrı primerlerden başlatılan kısa DNA bölümleridir. Bakterilerde genellikle daha uzun, ökaryotlarda ise nükleozom organizasyonuyla ilişkili olarak daha kısa parçalardır.

Replikon, tek bir başlangıç bölgesinden çoğaltılan DNA birimidir.

Replikasyon lisanslanması, bir genom bölgesinin sonraki S evresinde yalnızca bir kez replikasyon başlatabilecek şekilde hazırlanmasıdır.

Moleküler Yapı ve Bileşenler

DNA, deoksiribonükleotidlerden oluşan çift zincirli bir polimerdir. Her deoksiribonükleotid; deoksiriboz şekeri, fosfat grubu ve adenin, timin, guanin veya sitozin bazlarından birini içerir. Nükleotidler aynı zincirde 3′–5′ fosfodiester bağlarıyla birleşir.

Yeni DNA sentezinde kullanılacak substratlar deoksiadenozin trifosfat, deoksitimidin trifosfat, deoksiguanozin trifosfat ve deoksisitidin trifosfattır. Kalıp zincirdeki baz, DNA polimerazın aktif bölgesine hangi deoksiribonükleotidin bağlanacağını belirler:

Kalıp A → Yeni zincire T eklenmesi
Kalıp T → Yeni zincire A eklenmesi
Kalıp G → Yeni zincire C eklenmesi
Kalıp C → Yeni zincire G eklenmesi

DNA polimerizasyon reaksiyonunda büyüyen zincirin 3′-OH grubu, gelen deoksiribonükleotidin α-fosfatına nükleofilik saldırı gerçekleştirir. Fosfodiester bağı oluşurken pirofosfat açığa çıkar:

DNA–3′-OH + dNTP → Uzamış DNA zinciri + Pirofosfat

Ökaryotik replikasyon çatalının merkezinde CMG helikaz kompleksi bulunur. CMG; CDC45, MCM2–7 ve GINS bileşenlerinden oluşur. MCM2–7 alt birimleri halka biçimli motor bölgesini meydana getirirken CDC45 ve GINS kompleksi aktif helikaz yapısının kurulmasına katkı sağlar. CMG, DNA’nın öncü zincir kalıbı üzerinde ilerler ve çift sarmalın ayrılmasını sağlar. Yapısal çalışmalar, CMG’nin replikasyon çatalındaki yönelimini ve replizomun asimetrik organizasyonunu göstermiştir. (PubMed)

Öncü zincir sentezinde temel olarak DNA polimeraz ε, geciken zincir sentezinde ise DNA polimeraz δ görev alır. DNA polimeraz α–primaz kompleksi her iki zincirde sentezin başlatılması için kısa RNA-DNA primerleri oluşturur. CMG’nin DNA polimeraz ε ile, PCNA’nın ise DNA polimeraz δ ile kurduğu etkileşimler, iki polimerazın replikasyon çatalındaki iş bölümünü destekler. (PubMed)

Biyokimyasal / Moleküler Mekanizma

Replikasyonun başlatılması

Ökaryotik hücrelerde replikasyon başlangıç bölgelerinin hazırlanması hücre döngüsünün G1 evresinde gerçekleşir. ORC başlangıç bölgesindeki kromatine bağlanır. CDC6 ve CDT1, MCM2–7 helikaz kompleksinin DNA üzerine yüklenmesini sağlar. Bu yapı ön replikasyon kompleksi olarak adlandırılır. ORC’nin replikasyon başlangıç bölgelerinin tanınmasındaki rolü ilk olarak ökaryotik hücrelerde çok proteinli bir kompleks olarak gösterilmiştir. (Nature)

ORC → CDC6 ve CDT1 bağlanması → MCM2–7 yüklenmesi → Ön replikasyon kompleksi

S evresine geçildiğinde sikline bağımlı kinazlar ve DBF4 bağımlı kinaz, MCM kompleksinin etkinleşmesini sağlar. CDC45 ve GINS’in MCM2–7’ye katılmasıyla aktif CMG helikazı oluşur. Başlangıç bölgesinden zıt yönlere ilerleyen iki replikasyon çatalı meydana gelir.

Ön replikasyon kompleksi → DDK ve CDK aktivasyonu → CDC45 ve GINS katılımı → CMG oluşumu → DNA’nın açılması

DNA çift sarmalının açılması

Helikaz, ATP hidrolizinden sağlanan enerjiyi kullanarak DNA zincirlerini birbirinden ayırır. Çift sarmal açılırken DNA’nın ilerleyen bölümünde pozitif süper sarmallaşma ve burulma gerilimi oluşur. Topoizomeraz I ve topoizomeraz II, DNA üzerinde geçici kesiler oluşturarak bu gerilimi azaltır.

Açığa çıkan tek zincirli DNA, kendi üzerine katlanmaya ve tekrar eşleşmeye eğilimlidir. Bakterilerde SSB, ökaryotlarda RPA tek zincirli DNA’ya bağlanarak zincirleri kararlı hâle getirir ve nükleazlardan korur.

Primer sentezi

DNA polimerazlar sentezi sıfırdan başlatamadığı için önce bir primer oluşturulmalıdır. Ökaryotik DNA polimeraz α–primaz kompleksi önce kısa bir RNA dizisi, ardından kısa bir DNA uzantısı sentezler. Böylece DNA polimeraz δ veya ε tarafından uzatılabilecek RNA-DNA primeri oluşur. Polimeraz α–primazın CMG’ye bağlanması, primer sentezinin hareketli replizomla koordinasyonunu sağlar. (PubMed)

Kalıp DNA → Primaz tarafından RNA primeri → DNA polimeraz α tarafından kısa DNA uzantısı → Replikatif polimeraza geçiş

Öncü zincir sentezi

Öncü zincir kalıbı, replikasyon çatalının açılma yönüne uygun şekilde 3′ → 5′ yönünde uzanır. DNA polimeraz ε, bu kalıbı kullanarak yeni zinciri 5′ → 3′ yönünde büyük ölçüde kesintisiz sentezler.

RNA-DNA primeri → DNA polimeraz ε bağlanması → Kesintisiz 5′ → 3′ DNA sentezi

Geciken zincir sentezi

Geciken zincir kalıbı replikasyon çatalının ilerleme yönüne göre ters yönlüdür. DNA polimerazın yalnızca 5′ → 3′ yönünde sentez yapabilmesi nedeniyle yeni zincir kısa Okazaki parçaları hâlinde oluşturulur.

Yeni primer oluşumu → DNA polimeraz δ ile uzama → Önceki Okazaki parçasına ulaşma → Primerin uzaklaştırılması → Parçaların birleştirilmesi

Her Okazaki parçası için yeni bir primer sentezlenir. Polimeraz δ, PCNA ile birlikte primeri uzatır. Önceki parçaya ulaşıldığında RNA-DNA primer bölgesi yerinden çıkarılır. RNaz H RNA bileşeninin büyük bölümünü parçalar; FEN1 oluşan tek zincirli çıkıntıyı keser. DNA ligaz I, kalan kesintide fosfodiester bağı oluşturarak komşu Okazaki parçalarını birleştirir.

Replikasyon doğruluğu

Replikasyon doğruluğu üç temel mekanizma tarafından sağlanır:

1. DNA polimerazın doğru nükleotidi seçmesi
2. DNA polimeraz δ ve ε’nin 3′ → 5′ ekzonükleaz düzeltme işlevi
3. Replikasyon sonrası yanlış eşleşme onarımı

Yanlış bir baz eklendiğinde büyüyen DNA ucunun geometrisi bozulur. DNA polimeraz sentezi durdurur ve yeni zincirin 3′ ucu ekzonükleaz aktif bölgesine aktarılır. Yanlış nükleotid çıkarıldıktan sonra zincir yeniden polimeraz aktif bölgesine döner.

DNA polimerazların düzeltme etkinliği ile yanlış eşleşme onarım sisteminin birlikte çalışması, öncü ve geciken zincirlerdeki hata oranlarını büyük ölçüde azaltır. İnsan tümör genomlarından elde edilen bulgular, yanlış eşleşme onarımının geciken zincirde oluşan hataların düzeltilmesinde özellikle önemli olduğunu göstermektedir. (PubMed)

Replikasyonun sonlandırılması

İki replikasyon çatalı karşılaştığında DNA sentezi tamamlanır. Kalan primerler uzaklaştırılır, boşluklar doldurulur ve DNA ligaz kesintileri birleştirir. Topoizomeraz II, birbirine dolanmış kardeş DNA moleküllerini ayırır. CMG helikazı ve diğer replizom bileşenleri kromatinden uzaklaştırılır.

Metabolizma / Fizyoloji

DNA sentezi için yeterli ve dengeli deoksiribonükleotid havuzu gereklidir. Deoksiribonükleotidler, ribonükleotid redüktaz aracılığıyla ribonükleotidlerden üretilir:

Ribonükleozid difosfat → Ribonükleotid redüktaz → Deoksiribonükleozid difosfat

Deoksiribonükleozid difosfatlar daha sonra trifosfat biçimine dönüştürülerek DNA sentezinde kullanılır. Timidilat sentezinde dUMP, timidilat sentaz aracılığıyla dTMP’ye çevrilir:

dUMP + 5,10-Metilen-THF → Timidilat sentaz → dTMP + Dihidrofolat

Dihidrofolat redüktaz, dihidrofolatı yeniden tetrahidrofolata dönüştürerek tek karbon metabolizmasının sürmesini sağlar. Folat metabolizması bu nedenle timidilat ve pürin senteziyle doğrudan ilişkilidir.

DNA replikasyonu yüksek miktarda enerji gerektirir. Helikazlar ATP hidroliziyle DNA üzerinde ilerler. Kayıcı kelepçe yükleme kompleksleri, kromatin düzenleyici proteinler ve bazı DNA onarım faktörleri de ATP kullanır. DNA ve RNA polimerazların katalitik etkinliği için çoğunlukla magnezyum iyonları gereklidir.

Replikasyon yalnızca DNA’nın kopyalanmasını değil, kromatin yapısının yeniden kurulmasını da kapsar. Replikasyon çatalının önünde nükleozomlar geçici olarak sökülür. Ebeveyn histonları yeni DNA moleküllerine dağıtılır ve yeni sentezlenen histonlarla birlikte yavru kromatin oluşturulur. Böylece genetik bilgiyle birlikte epigenetik kromatin özelliklerinin bir bölümü de yeni hücrelere aktarılabilir.

Hücre döngüsünde nükleer DNA replikasyonu S evresiyle sınırlandırılmıştır:

G1 evresi → Replikasyon lisanslanması
S evresi → DNA sentezi
G2 evresi → Replikasyonun tamamlanmasının denetlenmesi
M evresi → Kardeş kromatidlerin ayrılması

Düzenlenme Mekanizmaları

Ökaryotik hücrelerde genomun her hücre döngüsünde yalnızca bir kez kopyalanması gerekir. Aynı DNA bölgesinin hiç kopyalanmaması gen kaybına, birden fazla kez kopyalanması ise gen dozajı dengesizliğine ve DNA hasarına yol açabilir.

Replikasyonun tek seferle sınırlandırılması, lisanslama ve başlangıç etkinleştirme süreçlerinin farklı hücre döngüsü evrelerine ayrılmasıyla sağlanır. MCM2–7 yüklenmesi G1 evresinde düşük CDK aktivitesi altında gerçekleşir. S evresinde CDK aktivitesi arttığında yüklü MCM kompleksleri etkinleşir; buna karşılık yeni MCM yüklenmesi engellenir.

Replikasyon çatalı yavaşladığında veya durduğunda tek zincirli DNA birikir. RPA bu DNA’ya bağlanır ve ATR-ATRIP sinyal sisteminin etkinleşmesine katkıda bulunur. ATR, CHK1 üzerinden yeni başlangıç bölgelerinin aşırı etkinleşmesini baskılar, hücre döngüsünü yavaşlatır ve durmuş çatalların korunmasına yardımcı olur.

Replikasyon çatalının karşılaşabileceği başlıca engeller şunlardır:

• DNA hasarı ve DNA çapraz bağları
• Nükleotid yetersizliği
• G-kuadrupleks ve saç tokası gibi ikincil DNA yapıları
• Yoğun transkripsiyon bölgeleri
• DNA’ya sıkı bağlanmış protein kompleksleri
• R-loop oluşumu
• Kromatinin aşırı yoğunlaşması
• Onkogen kaynaklı kontrolsüz başlangıç etkinliği

Durmuş çatalın yeniden başlatılması; çatalın geri dönmesi, homolog rekombinasyon, translezyon DNA sentezi veya yeni replikasyon başlangıç bölgelerinin etkinleştirilmesi gibi mekanizmaları içerebilir. Bu yolların kontrolsüz kullanılması mutasyon ve yapısal kromozom değişikliği oluşturabilir.

Görev Alan Enzimler, Proteinler ve Kofaktörler

Doku, Organ ve Hücresel Dağılım

Nükleer DNA replikasyonu yalnızca hücre döngüsüne giren çekirdekli hücrelerde gerçekleşir. Kemik iliği öncül hücreleri, bağırsak kript hücreleri, epidermal bazal hücreler, germ hücreleri ve bağışıklık sistemi hücreleri yüksek proliferasyon kapasitesine sahiptir.

Olgun nöronlar ve birçok olgun iskelet kası hücresi genellikle hücre döngüsünün dışında bulunduğu için nükleer DNA’larını düzenli olarak replike etmez. Bununla birlikte DNA onarım mekanizmaları bu hücrelerde etkinliğini sürdürür.

Karaciğer hücreleri normal koşullarda düşük proliferasyon gösterebilir; ancak doku kaybı veya hasar sonrasında hücre döngüsüne girerek DNA replikasyonu gerçekleştirebilir. Hepatositlerde bazı durumlarda DNA sentezi hücre bölünmesi tamamlanmadan gerçekleşebilir ve poliploidi oluşabilir.

Embriyonik gelişimde DNA replikasyonu hızlıdır. Erken embriyonik hücre döngülerinde hücreler kısa aralıklarla bölünürken gelişim ilerledikçe replikasyon zamanlaması, kromatin organizasyonu ve hücre döngüsü kontrolü daha ayrıntılı hâle gelir.

Mitokondriyal DNA replikasyonu nükleer S evresiyle tamamen sınırlı değildir. Mitokondriyal genom; DNA polimeraz γ, TWINKLE helikazı ve mitokondriyal tek zincirli DNA bağlayıcı protein gibi özel faktörler aracılığıyla çoğaltılır. Mitokondriyal DNA kopya sayısı, hücre tipi ve enerji gereksinimine göre değişebilir.

Biyolojik Fonksiyonlar

DNA replikasyonunun temel biyolojik işlevleri şunlardır:

• Genetik bilginin hücre nesilleri arasında korunması
• Hücre bölünmesi öncesinde genomun eksiksiz kopyalanması
• Büyüme ve doku gelişiminin desteklenmesi
• Doku yenilenmesi ve yara iyileşmesinin sağlanması
• Bağışıklık hücrelerinin klonal çoğalmasına olanak verilmesi
• Germ hücrelerinin ve embriyonik gelişimin sürdürülmesi
• Kromozomların mitozda eşit biçimde dağıtılması
• Kromatin ve epigenetik özelliklerin yeniden kurulması
• Mitokondriyal genom kopya sayısının korunması
• Genom bütünlüğünün ve hücresel homeostazın sürdürülmesi

Replikasyonun doğru tamamlanmaması, kromozom bölgelerinin eksik kopyalanmasına neden olabilir. Eksik kopyalanan DNA’nın mitoz sırasında ayrılmaya zorlanması kromozom köprüleri, mikronükleuslar, kırıklar ve yapısal varyantlar oluşturabilir.

Klinik ve Patofizyolojik Önemi

Replikasyon stresi, DNA sentez hızının azalması, replikasyon çatallarının sık durması veya çökmesiyle karakterizedir. Çatalın çökmesi tek veya çift zincirli DNA kırıklarına, homolog rekombinasyona ve kromozomal yeniden düzenlenmelere yol açabilir.

Kanser hücrelerinde onkogenlerin aşırı etkinliği replikasyon başlangıç bölgelerinin kontrolsüz kullanılmasına, nükleotid tüketiminin artmasına ve transkripsiyon-replikasyon çatışmalarına neden olabilir. Özellikle ortak kırılgan bölgeler, düşük doz replikasyon inhibitörleri veya endojen replikasyon stresi altında kromozomal kırılmaya eğilimlidir. İnsan hücrelerindeki deneyler, replikasyon stresinin ortak kırılgan bölgelerde kopya sayısı değişiklikleri ve yapısal varyant oluşumuyla ilişkili olduğunu göstermektedir. (PubMed)

DNA polimeraz ε ve δ’nin 3′ → 5′ ekzonükleaz düzeltme bölgelerindeki bozukluklar çok yüksek mutasyon yükü oluşturabilir. POLE ve POLD1 genlerindeki bazı germ hattı varyantları, çoklu kolorektal adenom ve kolorektal kanser yatkınlığıyla ilişkilendirilmiştir. (PubMed)

Telomerlerin uç replikasyon problemi nedeniyle somatik hücrelerde her bölünmeyle kısalma eğilimi göstermesi, hücresel yaşlanmaya katkıda bulunur. Telomeraz, RNA kalıbını kullanarak kromozom uçlarına telomerik tekrarlar ekler. Telomeraz etkinliği ilk kez Tetrahymena özütlerinde tanımlanmıştır. (PubMed)

Replikasyon mekanizmaları kanser tedavisinde önemli hedeflerdir. Hızlı çoğalan tümör hücreleri, DNA sentezini veya nükleotid üretimini baskılayan ilaçlara normalde bölünmeyen hücrelerden daha duyarlı olabilir. Ancak kemik iliği, gastrointestinal epitel ve saç folikülleri gibi sağlıklı hızlı çoğalan dokular da bu tedavilerden etkilenebilir.

Eksiklik, Fazlalık ve Bozukluk Durumları

Yetersiz başlangıç lisanslanması, DNA’nın bazı bölgelerinde yeterli sayıda replikasyon çatalı oluşmamasına neden olur. Normal koşullarda kullanılmayan yedek başlangıç bölgeleri, replikasyon stresi sırasında etkinleşerek genomun tamamlanmasına katkıda bulunur. Yedek orijinlerin yetersizliği, uzun veya zor kopyalanan bölgelerin eksik kalmasına yol açabilir.

Yeniden replikasyon, aynı DNA bölgesinin bir hücre döngüsü içinde birden fazla kez kopyalanmasıdır. Lisanslama mekanizmalarının S ve G2 evrelerinde yeniden etkinleşmesi gen dozajı artışı, DNA kırıkları ve kromozomal instabilite oluşturabilir.

Polimeraz düzeltme kusuru, yanlış nükleotidlerin yeni DNA zincirinde kalmasına neden olur. POLE veya POLD1 ekzonükleaz bölgesi kusurları karakteristik mutasyon imzaları ve hipermutasyon oluşturabilir.

Nükleotid dengesizliği, DNA polimerazın yanlış nükleotid seçme olasılığını artırabilir ve replikasyon çatalını yavaşlatabilir. Bir deoksiribonükleotidin aşırı, diğerlerinin yetersiz olması replikasyon doğruluğunu bozar.

Primer uzaklaştırma kusuru, RNA parçalarının ve işlenmemiş Okazaki ara ürünlerinin DNA’da kalmasına neden olur. FEN1, RNaz H veya DNA ligaz I işlev bozuklukları geciken zincir bütünlüğünü bozabilir.

Çatal koruma bozukluğu, durmuş replikasyon çatallarının nükleazlar tarafından parçalanmasına yol açabilir. BRCA1, BRCA2, RAD51 ve Fanconi anemisi proteinleri çatal kararlılığı ve hasarlı DNA’nın onarımıyla ilişkilidir.

Telomer replikasyon bozukluğu, ilerleyici telomer kısalması, kromozom uç birleşmeleri ve kemik iliği yetmezliği gibi klinik sonuçlar oluşturabilir. Buna karşılık telomerazın tümör hücrelerinde yeniden etkinleşmesi sınırsız çoğalma kapasitesine katkı sağlayabilir.

İlişkili Hastalıklar ve Klinik Tablolar

Bu hastalıklarda klinik tablo yalnızca DNA sentez hızındaki azalmadan kaynaklanmaz. Hücre döngüsü kontrolü, DNA onarımı, kromozom ayrılması ve hücresel stres yanıtındaki ikincil bozukluklar da fenotipe katkıda bulunur.

Beslenme, İlaç ve Çevresel Faktörlerle İlişki

Folat ve vitamin B12, tek karbon metabolizmasının sürdürülmesinde rol oynar. Folat türevleri pürin ve timidilat sentezi için gereklidir. Ağır folat veya vitamin B12 yetersizliği DNA sentezini yavaşlatabilir, özellikle kemik iliğindeki hızlı bölünen hücrelerde megaloblastik değişikliklere neden olabilir.

Bu vitaminlerin yeterli olması normal DNA sentezini destekler; ancak gereksinim üzerindeki yüksek doz takviyelerin sağlıklı bireylerde DNA replikasyonunu “hızlandırdığı” veya genetik hastalıkları düzelttiği gösterilmemiştir.

Replikasyonu etkileyen başlıca ilaç ve kimyasal gruplar şunlardır:

Ultraviyole radyasyon pirimidin dimerleri oluşturabilir. İyonlaştırıcı radyasyon tek ve çift zincirli DNA kırıklarına neden olabilir. Reaktif oksijen türleri baz oksidasyonu ve zincir kırıkları oluşturabilir. Bu lezyonlar replikasyon çatalını durdurabilir veya hasarlı DNA üzerinden sentez sırasında yanlış baz eklenmesine yol açabilir.

Tütün dumanı, benzen, bazı endüstriyel çözücüler ve çevresel genotoksinler DNA eklentileri, oksidatif hasar veya kromozomal kırılma oluşturabilir. Etki; maruziyet düzeyi, süre, metabolik aktivasyon ve bireysel DNA onarım kapasitesine bağlıdır.

Kısaltmalar ve Açılımları

DNA: Deoksiribonükleik Asit. Genetik bilginin depolandığı ve replikasyonla kopyalandığı nükleik asittir.

RNA: Ribonükleik Asit. Replikasyon sırasında primerlerin oluşturulmasında ve telomeraz gibi ribonükleoprotein komplekslerinde görev alır.

dNTP: Deoksiribonükleozid Trifosfat. DNA polimerazların yeni DNA zincirine eklediği nükleotid substratıdır.

ORC: Origin Recognition Complex – Replikasyon Başlangıç Bölgesi Tanıma Kompleksi. Ökaryotik replikasyon başlangıç bölgelerinde lisanslama platformu oluşturur.

MCM: Minichromosome Maintenance. Aktif replikatif helikazın motor bölümünü oluşturan protein ailesidir.

CMG: CDC45–MCM–GINS. Ökaryotik hücrelerde ebeveyn DNA çift sarmalını açan aktif replikatif helikaz kompleksidir.

CDC6: Cell Division Cycle 6. MCM2–7 kompleksinin DNA üzerine yüklenmesinde görev alan lisanslama proteinidir.

CDT1: Chromatin Licensing and DNA Replication Factor 1. MCM kompleksinin replikasyon başlangıç bölgesine yüklenmesine yardımcı olur.

CDK: Cyclin-Dependent Kinase – Sikline Bağımlı Kinaz. Replikasyonun hücre döngüsüne bağlı başlatılmasını düzenler.

DDK: DBF4-Dependent Kinase – DBF4 Bağımlı Kinaz. MCM kompleksinin etkinleştirilmesine katkı sağlar.

RPA: Replication Protein A. Ökaryotik tek zincirli DNA’ya bağlanarak onu kararlı hâle getirir.

SSB: Single-Stranded DNA-Binding Protein – Tek Zincirli DNA Bağlayıcı Protein. Bakterilerde açılmış DNA zincirlerini korur.

PCNA: Proliferating Cell Nuclear Antigen. DNA polimerazların DNA üzerinde süreçli biçimde ilerlemesini sağlayan kayıcı kelepçedir.

RFC: Replication Factor C. PCNA’yı primer-kalıp birleşim bölgesine ATP bağımlı olarak yükler.

FEN1: Flap Endonuclease 1. Okazaki parçası olgunlaşması sırasında oluşan tek zincirli DNA çıkıntılarını keser.

RNaz H: Ribonükleaz H. RNA-DNA hibritlerindeki RNA bileşenini parçalayan enzim ailesidir.

ATR: Ataxia Telangiectasia and Rad3-Related. Tek zincirli DNA birikimini ve replikasyon stresini algılayan protein kinazdır.

CHK1: Checkpoint Kinase 1 – Kontrol Noktası Kinazı 1. ATR sinyalini hücre döngüsü ve replikasyon kontrolüne iletir.

RAD51: Homolog rekombinasyon ve durmuş replikasyon çatallarının korunmasında görev alan proteindir.

POLA: DNA Polymerase Alpha – DNA Polimeraz Alfa. Primazla birlikte RNA-DNA primerlerinin oluşturulmasını sağlar.

POLD: DNA Polymerase Delta – DNA Polimeraz Delta. Ökaryotik geciken zincirin ana sentez enzimidir.

POLE: DNA Polymerase Epsilon – DNA Polimeraz Epsilon. Ökaryotik öncü zincirin ana sentez enzimidir.

POLG: DNA Polymerase Gamma – DNA Polimeraz Gama. Mitokondriyal DNA’nın replikasyonunu gerçekleştirir.

mtDNA: Mitochondrial DNA – Mitokondriyal DNA. Mitokondri içerisinde bulunan dairesel genetik materyaldir.

ATP: Adenozin Trifosfat. Helikaz ve diğer replikasyon faktörleri tarafından kullanılan temel enerji molekülüdür.

PPAP: Polymerase Proofreading-Associated Polyposis – Polimeraz Düzeltme İlişkili Polipozis. POLE veya POLD1 düzeltme bölgesi varyantlarıyla ilişkili kalıtsal tümör yatkınlığıdır.

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. Berg, J. M., Gatto, G. J., Jr., Hines, J. K., Tymoczko, J. L., & Stryer, L. (2023). Biochemistry (10th ed.). W. H. Freeman.
3. Kornberg, A., & Baker, T. A. (1992). DNA replication (2nd ed.). W. H. Freeman.
4. 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.
5. Nelson, D. L., Cox, M. M., & Hoskins, A. A. (2021). Lehninger principles of biochemistry (8th ed.). W. H. Freeman.
6. Watson, J. D., Baker, T. A., Bell, S. P., Gann, A., Levine, M., & Losick, R. (2014). Molecular biology of the gene (7th ed.). Pearson.
7. 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.
8. Okazaki, R., Okazaki, T., Sakabe, K., Sugimoto, K., & Sugino, A. (1968). Mechanism of DNA chain growth. I. Possible discontinuity and unusual secondary structure of newly synthesized chains. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 59(2), 598–605.
9. Bell, S. P., & Stillman, B. (1992). ATP-dependent recognition of eukaryotic origins of DNA replication by a multiprotein complex. Nature, 357(6374), 128–134.
10. Greider, C. W., & Blackburn, E. H. (1985). Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts. Cell, 43(2), 405–413.
11. Georgescu, R. E., Langston, L., Yao, N. Y., Yurieva, O., Zhang, D., Finkelstein, J., Agarwal, T., & O’Donnell, M. E. (2014). Mechanism of asymmetric polymerase assembly at the eukaryotic replication fork. Nature Structural & Molecular Biology, 21(8), 664–670.
12. Georgescu, R., Yuan, Z., Bai, L., de Luna Almeida Santos, R., Sun, J., Zhang, D., Yurieva, O., Li, H., & O’Donnell, M. E. (2017). Structure of eukaryotic CMG helicase at a replication fork and implications to replisome architecture and origin initiation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114(5), E697–E706.
13. Miyabe, I., Kunkel, T. A., & Carr, A. M. (2011). The major roles of DNA polymerases epsilon and delta at the eukaryotic replication fork are evolutionarily conserved. PLoS Genetics, 7(12), e1002407.
14. Jones, M. L., Baris, Y., Taylor, M. R. G., Yeeles, J. T. P., & colleagues. (2023). How Pol α-primase is targeted to replisomes to prime eukaryotic DNA replication. Molecular Cell, 83, 2913–2928.
15. Bell, S. P., & Labib, K. (2016). Chromosome duplication in Saccharomyces cerevisiae. Genetics, 203(3), 1027–1067.
16. Balakrishnan, L., & Bambara, R. A. (2013). Okazaki fragment metabolism. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 5(2), a010173.
17. Burgers, P. M. J., & Kunkel, T. A. (2017). Eukaryotic DNA replication fork. Annual Review of Biochemistry, 86, 417–438.
18. Pellegrini, L., & Costa, A. (2023). The CMG DNA helicase and the core replisome. Current Opinion in Structural Biology, 81, 102612.
19. Kunkel, T. A., & Erie, D. A. (2015). Eukaryotic mismatch repair in relation to DNA replication. Annual Review of Genetics, 49, 291–313.
20. Lujan, S. A., Williams, J. S., Clausen, A. R., Clark, A. B., & Kunkel, T. A. (2013). Ribonucleotides are signals for mismatch repair of leading-strand replication errors. Molecular Cell, 50(3), 437–443.
21. Palles, C., Cazier, J. B., Howarth, K. M., Domingo, E., Jones, A. M., Broderick, P., Kemp, Z., Spain, S. L., Guarino, E., Salguero, I., Sherborne, A., Chubb, D., Carvajal-Carmona, L. G., Ma, Y., Kaur, K., Dobbins, S., Barclay, E., Gorman, M., Martin, L., Kovac, M. B., Humphray, S., Thomas, H. J. W., Houlston, R. S., & Tomlinson, I. (2013). Germline mutations affecting the proofreading domains of POLE and POLD1 predispose to colorectal adenomas and carcinomas. Nature Genetics, 45(2), 136–144.
22. Arlt, M. F., Wilson, T. E., & Glover, T. W. (2012). Replication stress and mechanisms of CNV formation. Current Opinion in Genetics & Development, 22(3), 204–210.
23. Macheret, M., & Halazonetis, T. D. (2018). Intragenic origins due to short G1 phases underlie oncogene-induced DNA replication stress. Nature, 555(7694), 112–116.
24. Técher, H., Koundrioukoff, S., Nicolas, A., & Debatisse, M. (2017). The impact of replication stress on replication dynamics and DNA damage in vertebrate cells. Nature Reviews Genetics, 18(9), 535–550.
25. Cortez, D., Guntuku, S., Qin, J., & Elledge, S. J. (2001). ATR and ATRIP: Partners in checkpoint signaling. Science, 294(5547), 1713–1716.
26. Zellweger, R., Dalcher, D., Mutreja, K., Berti, M., Schmid, J. A., Herrador, R., Vindigni, A., & Lopes, M. (2015). Rad51-mediated replication fork reversal is a global response to genotoxic treatments in human cells. Journal of Cell Biology, 208(5), 563–579.
27. Yeeles, J. T. P., Deegan, T. D., Janska, A., Early, A., & Diffley, J. F. X. (2015). Regulated eukaryotic DNA replication origin firing with purified proteins. Nature, 519(7544), 431–435.
28. Douglas, M. E., Ali, F. A., Costa, A., & Diffley, J. F. X. (2018). The mechanism of eukaryotic CMG helicase activation. Nature, 555(7695), 265–268.