Giriş

Kalıtsal bilginin taşıyıcısı olan DNA, bu bilgiyi RNA’ya dönüştürerek hücre için kullanışlı bir ürün hâline getirir. Söz konusu RNA’lar ise hücredeki işlevlerine göre çeşitlilik arz etmektedir. Bunlardan biri olan mRNA, polipeptit ürünlerinin üretilmesi için gerekli talimatları barındıran bir mesajcı olarak işlev görür.

Hücre çekirdeğine sahip olmayan canlılar olan prokaryotlardaki transkripsiyon, hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Buna karşın, ökaryotlarda ise hücre çekirdeğinde gerçekleşir ve gerekli işlemleri tamamlanan RNA, çekirdeği terk ederek sitoplazmaya geçer. Bu temel farkın yanı sıra, transkripsiyon sürecindeki moleküler farklılıklar da söz konusudur.

Bu yazıda, ökaryotik canlılarda gerçekleşen mRNA sentezi anlatılacaktır.

Ökaryotlarda mRNA Sentezi

DNA’daki kalıtsal bilginin RNA olarak yazılmasını ifade eden transkripsiyon, söz konusu kalıtsal bilgileri kodlayan DNA bölgeleri olan genlerde cereyan eder. Bu bakımdan transkripsiyon, “gen ifadesi” olarak da adlandırılır. Bir genin ilk ürünü daima bir RNA’dır fakat söz konusu RNA’nın hangi tipteki RNA olduğu, ilgili genin hangi ürünü kodladığına bağlı olarak değişkenlik gösterir. İlgili genin bir polipeptit kodlaması hâlinde, sentezlenen RNA bir mRNA (messenger/mesajcı RNA)’dır ve polipeptit sentezi için gerekli talimatları barındırır.

RNA’ların sentezi, RNA polimeraz enzimlerinin faaliyetiyle gerçekleşir. Söz konusu enzimler ise farklı RNA tiplerinin sentezi için RNA polimeraz I, RNA polimeraz II, RNA polimeraz III olmak üzere üç farklı tiptedir ve söz konusu mRNA olduğunda, sentezde RNA polimeraz II görev alır.

RNA polimeraz II’nin faaliyeti, transkripsiyonun düzenlenmesinde işlev gören DNA bölgeleri olan “cis etkili” faktörler ve bu bölgelerle temas hâlindeki çeşitli moleküller olan “trans etkili” faktörlere bağlı olarak gerçekleşir (Klug vd., 2014/2020). Cis etkili bir faktör olan ve ifade edilecek genin hemen öncesinde bulunan “promotör” adlı DNA dizisi, RNA polimeraz II’nin transkripsiyona başlamak üzere bağlandığı düzenleyici bir dizidir (Reece vd., 2010/2017). Bununla birlikte, RNA polimeraz II’nin bu diziye bağlanabilmesi için “genel transkripsiyon faktörleri” (GTF) olarak adlandırılan trans etkili faktörlerin aracılık etmesi gerekir zira RNA polimeraz II, diziye tek başına bağlanamaz. GTF’lerden biri olan “TFIID” (transcription factor II D: transkripsiyon faktörü II D), “TBP” (TATA-binding protein: TATA bağlanıcı protein) adlı alt birimiyle promotörün “TATA kutusu” olarak adlandırılan dizisine bağlanır ve TBP tarafından, diğer GTF’ler ve RNA polimeraz II’nin “kor” (core) kısmı promotöre çekilir (Griffiths vd., 2010/2014). Böylece, RNA polimeraz II’nin transkripsiyon için uygun pozisyon alması sağlanmış olur.

TFIID’nin yanı sıra diğer GTF’lerin ve RNA polimeraz II’nin kor kısmının bir araya gelmesiyle birlikte, “PIC” (pre-initiation complex: ön başlama kompleksi) adı verilen bir kompleks meydana gelir ve RNA polimeraz II, söz konusu kompleksin bileşeni olan GTF’lerin büyük bir bölümünden ayrılarak “pre-mRNA” adı verilen primer transkripti sentezlemek üzere harekete geçer; bazı GTF’ler ise diğer bir RNA polimeraz II’nin kor kısmını çekmek üzere promotörde kalarak tek bir genden aynı anda birden fazla transkript elde edilebilmesine olanak tanır (Griffiths vd., 2010/2014).

Sentezlenmekte olan bu ürüne “pre-mRNA” denmesinin nedeni, söz konusu ürünün henüz nihai şeklini almış işlevsel bir mRNA hâlinde olmamasıdır. Molekülün mRNA hâline gelmesi için, pre-mRNA senteziyle eş zamanlı olarak “kotranskripsiyonel modifikasyonlar” gerçekleştirilir. Bu modifikasyonlar şunlardır: 5’ başlık eklenmesi, uç birleştirme, poliadenilasyon.

Sentezlenmekte olan pre-mRNA’nın yaklaşık 25 nükleotitlik uzunluğa erişmesiyle birlikte, metillenmiş ribozlar ile “7-metilguanozin” molekülünden oluşan bir başlığın pre-mRNA’nın 5’ ucuna eklenerek onun “5’-ekzoribonükleaz” enzimleri tarafından parçalanmaması için koruma sağlanır (Lodish vd., 2007/2020). Bununla birlikte, translasyonun başlama kompleksinin oluşumda da bu başlığın rolü bulunmaktadır (Griffiths vd., 2010/2014).

Önemli bir diğer husus, pre-mRNA’daki “intron” dizilerinin çıkarılıp “ekzon” dizilerinin birleştirilmesidir. İntronlar, genlerde bulunan kodlamayan diziler olup transkripsiyonla beraber pre-mRNA’ya geçer. Ekzonlar ise üretilecek ürünün kodlarını taşıyan dizilerdir ve aralarında intronlar yer alacak şekilde pre-mRNA’ya transkribe olur. Söz konusu ürüne ait kodların kesintisiz bir şekilde sıralanması için, intronların çıkarılıp ekzonların birleştirilmesi gerekir. Bu işlem, “uç birleştirme” (splicing) olarak adlandırılır. Söz konusu kesip çıkarma işlemi snRNA (small nuclear RNA: küçük nükleer RNA)’ların görev almasıyla gerçekleşebildiği gibi, kendi kendini kesip çıkarabilme yeteneğine sahip intronlar tarafından kendiliğinden de gerçekleşebilir. Bununla birlikte, uç birleştirme işlemi, bir genin ekzonlarının bazılarının dâhil edilip bazılarının dâhil edilmeyerek alternatif mRNA’ların üretilmesini mümkün kılacak şekilde de gerçekleşebilmektedir. Bu olay ise “alternatif uç birleştirme” (alternative splicing) olarak adlandırılır ve bir genden birden fazla polipeptit çeşidinin elde edilebilmesini sağlar.

Son bir modifikasyon olan “poliadenilasyon” işlemi ise pre-mRNA’nın 3’ ucuna adenin nükleobazının tekrarlarından oluşan bir “poli-A” dizisinin eklenmesidir. Uzamakta olan pre-mRNA’nın sentezi, “poliadenilasyon sinyal dizisi” olarak işlev gören “AAUAAA” dizisine kadar devam eder ve bu diziyi tanıyan bir enzimin, RNA’yı bu diziden yaklaşık 20 nükleotit ilerisinden kesmesinin ardından, kesim işleminin yapıldığı bu 3’ uca poli-A dizisi eklenir (Griffiths vd., 2010/2014). Eklenen bu dizi, RNA’nın hidrolitik enzimler tarafından parçalanmaması için ona koruma sağlar (Reece vd., 2010/2017).

Kaynaklar

Griffiths, A. J. F., Wessler, S. R., Carroll, S. B. ve Doebley, J. (2014). Genetik Analize Giriş (E. D. Özsoy, Çev. Ed.). Palme Yayıncılık. (Orijinal eserin basım tarihi 2010)

Klug, W. S., Cumming, M. R., Spencer, C. A. ve Palladino, M. A. (2020). Genetik Kavramlar (S. Sümer, L. Açık ve M. Tuncer, Çev. Ed.). Palme Yayıncılık. (Orijinal eserin basım tarihi 2014)

Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A., Ploegh ve H., Matsudaira, P. (2020). Moleküler Hücre Biyolojisi (H. Geçkil, M. Özmen ve Ö. Yeşilada, Çev. Ed.). Palme Yayıncılık. (Orijinal eserin basım tarihi 2007)

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. ve Jackson, R. B. (2017). Campbell Biyoloji (E. Gündüz ve İ. Türkan, Çev. Ed.). Palme Yayıncılık. (Orijinal eserin basım tarihi 2010)