Ökaryot canlılar, insanların da içinde yer aldığı canlı grubudur. Ökaryot canlıların hücrelerindeki genetik şifre yani DNA çekirdekte saklanmaktadır. Çok hücreli bir ökaryotik canlının tüm hücrelerinde aynı DNA bulunur. Ancak aynı ökaryot canlıda aynı DNA bilgileri yer almasına rağmen her hücre birbirinden farklıdır. Bu farklılık, farklı hücrelerin farklı işlevlere sahip olmasını sağlamakta ve gen kontrolü sayesinde oluşmaktadır.

Gen kontrolü, hücrelerin sahip olduğu genlerin hangilerinin ifade edileceğini sağlayan bir düzenleme mekanizmasıdır. Bu sayede her hücre aynı DNA’ya sahip olsa da birbirinden farklı aktif genlere sahiptir. Bu farklı aktif genler, birbirinden farklı gen ifadelerine ve sonuç olarak hücrelerin birbirinden farklı işlevlere sahip olmalarına neden olur. Örneğin karaciğerin görevi zehirli maddeleri kan dolaşımından ayırmaktır. Bu işi yapabilmek için karaciğer hücrelerinin alkolü parçalayan bir enzim (protein) kullanmaları gerekir. Bu enzim de karaciğer hücrelerindeki aktif genler sayesinde üretilir. Ancak hiçbir insanda göz hücreleri zehirli maddeleri parçalayamaz. Çünkü zehirli maddeleri parçalayan enzimi üreten genler, göz hücrelerinde pasif haldedir. Demek oluyor ki hücrelerde üretilecek proteinler, hücre işlevine özel üretilmektedir. Bu kontrolü sağlayan şey ise gen kontrolüdür.

Hücreler Hangi Genin Aktif Olacağına Nasıl Karar Verirler?

Bir hücrede hangi genlerin aktif olarak ifade edileceğini düzenlemek, gen kontrolünün görevidir. Yukarıda bahsettiğimiz gibi birbirinden farklı görevlere sahip hücrelerin aktif genleri farklıdır ancak bazı durumlarda aynı göreve sahip iki farklı hücrenin aktif genleri de farklı olabilir. Bu durum hücrenin içindeki veya dışındaki faktörler tarafından belirlenmektedir. Hücrenin içinden gelen faktörlere örnek olarak hücrenin sahip olduğu enerji kaynağı miktarı, dışarıdan kaynaklanan faktörlere örnek olarak ise diğer hücrelerden gelen sinyaller örnek verilebilir.

Ökaryotlarda Gen Kontrolü Birden Fazla Aşamayla Sağlanmaktadır

İnsanların da içinde bulunduğu ökaryot canlılarda gen kontrolünü sağlamanın birçok yolu vardır. Genleri içinde barındıran DNA’nın erişilebilir olup olmamasından tutun da transkripsiyon ve translasyon işlemlerine kadar hatta sonraki aşamalarda bile gen kontrolü yer alabilmektedir.

DNA’nın Erişilebilirliği: Protein üretmek için gerekli olan genetik şifre, çekirdekte yer alan DNA’larda bulunur. DNA ise histon adı verilen bir protein tarafından sarılı haldedir. Bu protein, DNA’yı korumaktadır. Bu şekilde histonlarla korunan DNA yapısına kromatin denir. Bazı kromatin yapıları diğerlerine göre daha sıkıdır. Yani histonlar DNA’yı yoğun bir şekilde sarmıştır. Bu yüzden DNA’ya erişim daha zordur ve gen ifadesi zor sağlanmaktadır. Eğer kromatin yapısı daha gevşekse DNA daha erişilebilirdir ve DNA’dan gen ifadesi kolaylıkla sağlanmaktadır.

Transkripsiyon: Transkripsiyon DNA’dan mRNA sentezlenmesi olayıdır ve gen kontrolünde kilit rol oynamaktadır. Zira mRNA sentezlenmezse protein hiç üretilemeyecektir. Transkripsiyonun başlaması, belirli faktörlerin (sinyal molekülleri) ortamda bulunup DNA’ya bağlanmasıyla sağlanır. Bu faktörler ortamda yoksa transkripsiyon başlayamaz ancak ortamda varsa o zaman mRNA sentezlenebilir. Bu nedenle transkripsiyon faktörlerinin varlığı, gen kontrolünde oldukça önemli bir yer tutmaktadır.

mRNA’nın İşlenmesi: DNA’dan transkripsiyon yoluyla mRNA üretildikten sonra, üretilen mRNA çekirdekten çıkmalıdır. Ancak mRNA çekirdekten ayrılmadan önce bir dizi işleme tabi tutulur. Bu işlemler mRNA’nın beş ucuna başlık eklenmesi, üç ucuna çoklu A kuyruğu eklenmesi, intronlarının kesilmesi ve eksonlarının birleştirilmesidir. Farklı hücrelerde üretilen mRNA’ların intron ve ekson kısımları farklı olabilir bu nedenle hücrelerde aynı mRNA üretilmiş olsa bile işlem görmüş mRNA’ların son halleri birbirinden farklı olacaktır.

mRNA’nın Hücredeki Ömrü: mRNA çekirdekten çıkıp sitoplazmaya ulaştığında ribozom üzerinde okunmaya başlar ve protein üretilir. Bu işleme translasyon denmektedir. Bir translasyonda kullanılan mRNA molekülü, ihtiyaç halinde tekrar tekrar kullanılabilmektedir. Bu nedenle mRNA’nın sitoplazmada bulunması, o mRNA’dan defalarca aynı proteinin üretilmesini sağlamaktadır. Ancak üretilen proteine ihtiyaç duyulmuyorsa o mRNA’nın sitoplazmadan yok edilmesi gerekmektedir. Bu görevi mikro RNA (miRNA)’lar yapabilmektedirler ve işlem sonucunda istenmeyen proteinlerin üretimini durdukları için gen kontrolüne katkıda bulunmuş olmaktadırlar.

Translasyon: Bir mRNA’nın çekirdekten çıkıp sitoplazmaya ulaşması, her zaman translasyona uğrayacağı anlamına gelmemektedir. Çoğu zaman bu işlem gerçekleşip protein üretilse de kimi zaman translasyon işlemi engellenmektedir.

Gen ifadesinin DNA’ya ulaşımdan translasyona kadar her aşaması sıkı bir şekilde kontrol edilmektedir. Ancak en önemli kontrol noktası transkripsiyondur.

Transkripsiyonda Gen Kontrolü Nasıl Sağlanır?

DNA’dan mRNA sentezlenmesi için yani transkripsiyon işlemi için RNA polimeraz enziminin DNA’ya bağlanması gerekmektedir. Bu bağlanmanın gerçekleşmezse transkripsiyon gerçekleşmeyecek ve protein üretilemeyecektir. RNA polimeraz enziminin DNA’ya bağlanabilmesi için transkripsiyon faktörleri adı verilen proteinlerin ortamda bulunmaları ve DNA’daki başlatıcı bölgeye bağlanmaları gerekmektedir. Bu sayede RNA polimeraz bağlanacağı yeri tanıyıp transkripsiyonu başlatmış olur.

Transkripsiyon faktörleri (TF), ökaryotlarda gen kontrolü için oldukça önemlidir. Çünkü RNA polimerazın DNA’ya bağlanabilmesi için adeta bir davetiyedir. Bazen de itici bir kuvvet olarak görev alabilir. Bu nedenle transkripsiyon faktörleri aktivatör veya represör olarak görev alabilirler. Aktivatör TF’ler, RNA polimerazın başlatıcı bölgeye bağlanmasına yardımcı olurlar. Bu sayede gen ifadesi tam anlamıyla başlamış olur. Represör (baskıcı) TF’ler ise RNA polimerazın bağlanmasına engel olurlar. Bu nedenle gen ifadesi gerçekleşemez.

Transkripsiyon faktörlerinin DNA’ya bağlanma bölgeleri, genellikle başlatıcı bölgeye yakın konumdadırlar. Bazı durumlarda bu iki bölge birbirlerinden uzak da olabilirler ancak DNA’nın esnek yapısı sayesinde bir araya gelebilirler. Bu durumu haşlanmış makarnanın katlanabilmesiyle görselleştirmek mümkündür.