Bunun sebebi nükleus disinda kalitim materyali içeren organlarin yani mitokondrinin bulunmasi, ayrica bireyin erken gelisiminde yumurta ile tasinan maternal gen ürünlerinin anahtar rol oynamalaridir. Bunlarin disinda, genetik imprintig denilen olayda otozomal kromozomlarin ayni kisimlari her zaman aktive olamamaktadir. Iste bu sebeplerden dolayi iki klon tipa tip birbirine benzemezler.

1.Mitokondriyal Kalitim ve Maternal Anormallikler

1898'de Benda ilk kez tarif ettigi subsellüler organele Yunanca "iplik seklinde granül" anlamina gelen MITOKONDRI terimini kullanmistir. Mitokondri ökaryotik hücrelerin, enerji üretimi görevini üstlenen ve kendi DNA’sina sahip sitoplazmik bir organeldir. Sayilari enerji ihtiyacina göre, hücreden hücreye degisen mitokondriler, 1-7 mikrometre uzunlugunda çubuk seklinde veya 2-3 mikrometre çapinda küresel yapilardir. Ultrastrüktürel yapilari: dis membran, iç membran, intramembranöz aralik ve matriksden olusur. Mitokondrial proteinlerin % 2'si mitokondrial genom tarafindan sentezlenirken, % 98'i nükleer gen tarafindan sentezlenerek, mitokondriye tasinir. Iç membranin geçirgen olmamasi nedeniyle, nükleer genom tarafindan sentezlenen proteinlerin ve metabolitlerin matrikse tasinimi için spesifik mekanizmalar mevcuttur. Iç membrana gelen yag asidi, aminoasit ve karbonhidratlardan oksidatif yikimla yüksek enerjili ATP sentezlenerek, hücrenin enerji ihtiyaci saglanir.

Mitokondri nükleus disinda DNA'ya sahip tek organel olup, ilk kez 1963'de Nass ve arkadaslari, mitokondri içerisinde DNA karakteristiginde fiberlerin varligini gösterdiler. 1981'de de Anderson ve arkadaslari tarafindan genom dizisi tam olarak gösterildi.

Insan mitokondrial DNA (mt.DNA)'si 16.569 baz çifti içeren küçük, çift zincirli, sirküler bir moleküldür. Bu sirküler kromozom herbiri kendi basina replike olabilen hafif (L) ve agir (H) zincirden olusur. Displacement loop (D.loop) denen kontrol bölge; agir zincirin replikasyonunu kontrol eder ve iki zincir içinde promotor bölge rolünü oynar.

Mt.DNA'nin çekirdek DNA'sindan bagimsiz replikasyon ve transkripsiyon sistemi vardir. Ancak mt.DNA'nin replikasyon ve transkprisyonu için gerekli enzimler, çekirdek DNA'si tarafindan sentezlendiginden, mt DNA tam bir otonomiye sahip degildir.
Mitokondrial DNA replikasyonu D.loop adi verilen mekanizmaya göre olusur. Önce agir zincirin replikasyon orijininden 5'-3' yönüne dogru sentez baslar. Yeni sentezlenen agir zincir, hafif zincirin replikasyon orijinine geldiginde, ters yönde ilerler ve hafif zincir sentezlenir. Mt DNA transkripsiyonu ise D. loop bölgesindeki promotordan birbirine ters yönde baslar ve iki zincir de, ayni anda tamamen transkripsiyona ugrar. Sonuçta, rRNA, tRNA ve mRNA'lar olusur.

Mitokondrial genom 37 gen içerir. Bunlardan 13'ü solunum zincirindeki yapisal proteinleri (Nikotinamid adenin Dinükleotit Dehidrogenaz, Sitokrom C oksidoredüktaz, sitokrom C oksidaz ATP sentetaz) kodlarken, 2'si RNA ve 22'si de tRNA genlerini kodlar.

Mitokondrial DNA çekirdek DNA’sina benzemekle birlikte belirgin farkliliklar da göstermektedir.

a) 3.5 milyon kb'lik çekirdek DNA’si yaninda, 16.5 kb'lik mt-DNA çok küçük bir genoma sahiptir.

b) mt.DNA kompakt bir yapiya sahip olup intron içermez. Mt.DNA'da kodlanmayan tek bölge yaklasik 100 baz çift uzunlugundaki D.loop bölgesidir.

c) Insan mt-DNA’si maternal kalitimla geçer. Spermin sitoplazma içermemesi ve mitokondrilerinin fertilizasyona katilmayan kuyruk kisminda toplanmasi nedeniyle, zigotdaki mitokondriler sadece ovuma aittir. Anne tüm çocuklarina mt DNA’sini aktarirken, sadece kiz çocuklar bunu ikinci kusaga aktarir.

d) mt DNA'nin 4 kodonu nükleer DNA'dan farkli mesajlar tasir. Örnegin nükleer DNA'da "DUR" kodunu olarak görev alan AGA, mt DNA'da arginin aminoasidini kodlar.

e) Bir hücre çekirdeginde anne ve babaya ait 2 allel gen bulunurken, her mitokondri 2-10 adet mt DNA genomu içerir. Her bir insan hücresinde yüzlerce mitokondrion oldugu düsünülürse, binlerce de mitokondrial DNA mevcut oldugu söylenebilir. Normalde bunlar tamamen identik olup genotipleri HOMOPLAZMIK'dir. Normal mt-DNA yaninda mutant tiplerde mevcutsa, hücre genotipi HETEROPLAZMIK olarak adlandirilir. Heteroplazmik mt-DNA'lar yavru hücrelere düzensiz dagilim göstererek geçer. Sonuçta tekrar tekrar bölünen hücreler, saf mutant veya saf normal mt DNA'lar içeren genotipe dönüsebilirler.

f) mt-DNA’nin evrim hizi nükleer DNA'ya göre 10-20 kat daha fazladir. Bunun nedeni, oksijen radikallerine daha fazla maruz kalmasi, koruyucu ve tamir sistemlerinin yoklugu dolayisiyladir. Bu yüzden mt-DNA mutasyonlara daha açiktir.

Mitokondrial DNAnin bir özelligi de evrimin aydinlatilmasinda kullanilmasidir. Nükleer DNA'ya göre daha fazla mutasyona ugrayan mt DNA mutasyonlarinin hizi 1 milyon yillik süreçte ortalama % 2-4 oranindadir: Eger iki organizma arasinda % 1 oranda mt.DNA farkliligi varsa bu 250.000-500.000 yil önce bu iki organizmanin farklilasmaya basladigini gösterir. Ek olarak nükleer genin her jenerasyonda farkli rekombinasyon göstermesi evrim çalismalarinda zorluk yaratirken, mt.DNA'nin homoplazmik olusu kullanilabilirligini artirir. Mt.DNA bu özelliklerinden dolayi 1987 yilindan itibaren, modern insanin filogenetik çalismalarinda kullanilmaya baslanmistir.

Her organ sisteminin yas ve aktivitesiyle de iliskili olarak, degisik oranlarda mitokondrial enerjiye ihtiyaci vardir ve farkli miktarlarda mitokondri içerir. Yine her doku farkli miktarlarda normal ve mutant mitokondrial DNA içerir. Dokuda mutant genomlarin orani ne kadar fazla ise ATP üretimi o denli yetersizlesir ve doku-organ disfonksiyonlari baslar. Doku veya organin enerji metalobizmasinda yetersizlige yol açacak, disfonksiyona neden olacak minumum mutant mt-DNA miktarina ESIK DEGER (threshold effect) denir. Esik deger, doku ve yasa göre degisir. Örnegin beyin ve kas hücreleri daha fazla enerji ihtiyaci içindedir ve gelismekte olan çocuklarda da daha aktiftir. Bu organlarda düsük miktarda mutant mt-DNA semptomatik olabilirken, daha yüksek oranda mutant mt-DNA örnegin karacigerde semptom vermeyebilir. Sonuçta mutant ve normal genomlarin orani, doku tipi, yas, enerji ihtiyaci gibi faktörler fenotipi belirleyerek mitokondrial hastalik dedigimiz bir grup hastaliga neden olur.

Mitokondri üre siklusu, glukoneogenezis, oksidasyon, krebs siklusu ve en önemlisi de oksidatif fosforilasyon fonksiyonunda görevli yüzlerce protein içerir. Herhangi bir nedenle olusacak mitokondrial disfonksiyon tüm sistemleri etkileyecek ve esik degere (threshold effect) göre semptomlarini verecektir.

Ilk kez 1962'de Luft ve arkadaslarinin miyopatili bir vakayi bildirmesinden sonra, mitokondrial hastaliklarla ilgili incelemeler baslamis ve sayilari gün geçtikçe artmistir. Klinik morfolojik ve biyokimyasal siniflandirmalarda mevcut olmakla birlikte en tanimlayici olan genetik siniflandirmadir (Tablo 1).

Tablo 1. Mitokondrial hastaliklarin genetik siniflandirilmasi
A) Kalitsal
1. Nükleer DNA defektleri

a) Substrat tasinim defektleri

b) Substrat kullanim defektleri

c) Krebs siklusu defektleri

d) Oksidasyon fosforilasyon defektleri

e) Respiratuar zincir defektleri

f) Protein tasinim defektleri

2. Mitokondrial DNA defektleri

a) Delesyonlar

b) Duplikasyon

c) Nokta mutasyonlar

3. Intergenomik sinyal defektleri

a) Otozomal ressesif mt.DNA delesyonlari

b) Otozomal dominant multipl mt DNA delesyonlari

B) Akkiz Durumlar
a) Toksinler

b) Yas

c) Ilaçlar

Iskemi, anoksi, mitokondrial fonksiyon için gerekli komponentlerin eksikligine neden olan malnütrisyon, iyi tedavi edilmemis diabetes mellitus ile hipotiroid miyopatide oldugu gibi hormon ve nörotransmitter defektleri, viral enfeksiyonlar, alkol, antitümöral, antibakteriyel (tetrasiklin, kloromfenilkol), antikonvülzan ilaçlar (valproik asit), toksik etkileriyle ve dogal olarak yasin ilerlemesiyle sekonder mitokondrial fonksiyon bozuklugu bulgulari saptanabilir.

Mitokondrial proteinlerle ilgili nükleer DNA defektleri (Mitokondrial proteinlerin % 98'i nükleer gen tarafindan sentezlenip, matrikse tasiniyor) ile otozomal geçis gösteren intergenomik sinyal defektleri de mitokontrial disfonksiyona neden olurlar ve çok genis bir grup hastaligi içerirler.

"Mitokondrial DNA hastaliklari" deyimi ile; primer olarak mt. DNA'ya ait mutasyonlar sonucu olusan sporadik veya kendine özgü maternal geçis özelligi gösteren, mitokondrial enzimlerin kodlanmasinda veya translokasyonundaki bozukluklar anlasilir.

Mitokondrial DNA mutasyonlarini 3 grup altinda toplayabiliriz.

1- Mt. DNA delesyonlari: Genellikle aile hikayesi göstermeyen spontan mutasyonlar olup, delesyonlarin yeri ve büyüklügü hastadan hastaya degisir. Kearn Sayre sendromunda (KSS) ve Pearson sendromunda (PS) mt. DNA delesyonlari sik olarak saptanmis ve bugüne kadar yüzün üzerinde farkli noktalari ilgilendiren delesyon bildirilmistir.

2- Mt. DNA duplikasyonlari: Delesyonlara göre daha az görülmektedir. KSS, PS'de duplikasyon örnekleri gösterilmistir. Iki vakada da proksimal tübülopati, DM (diabetes mellitus) ve serebeller ataksiyle giden maternal geçisli mt. DNA duplikasyonu saptanmistir. Delesyon ve duplikasyonun ikisi de DNA'da düzenlenim bozukluguna neden olurlar. Mekanizma benzerligi nedeniyle de fenotipik farklilik göstermezler.

3- Nokta Mutasyonlari: Tek baz degisikligine neden olup, iki grupta incelenebilirler.

a) Protein okuma mutasyonlari Leber'in Herediter optik nöropatisinde (LHON) en sik olarak saptanan 11778 nolu nükleotidde G-A mutasyonu ve nörojenik kas güçsüzlügü, ataxi, retinitis pigmantozada (NARP) ATPaz 6 geninde 8993 T-G mutasyonu örnek verilebilir. Yine Leigh sendromu, Kronik progressif external oftalmopleji, Tip II DM ve sagirlikda mt. DNA nokta mutasyonlari bildirilmistir.

b) tRNA nokta mutasyonlari Miyoklonik epilepsi ve mitokondrial miyopatide (MERRF) tRNA'da 8344 A-G mutasyonu, mitokondrial ensafolo-miyopati ve felç benzeri semptomlarla karakterize sendromda (MELAS) 3243'te t RNA A-G mutasyonu sik olarak bildirilmistir.

Nokta mutasyonlarinin en önemli özelligi mitokondrial hastaliklara adini veren maternal geçis gösterme özelligidir. Mutant geni tasiyan anne tüm çocuklarina mutant geni aktarirken, ikinci nesilden sadece kiz çocuklari hastaligi 3. nesle aktarabilir. Bu da hastaligin pedigrisinin çikarilmasinda önem tasir.

Mitokondrial DNA mutasyonlarinda önemli bir özellikte doku dagilimidir. Mutant mt. DNA her dokuda ayni oranda degildir. Bazi dokularda yüksek oranlardayken, bazilarinda hiç bulunmayabilir. Sonuçta bunlar fenotipe de yansiyarak ayni mutasyonun farkli hastalarda, farkli semptom vermesine neden olur. Ayni mutasyon asemptomatikden, ölümcül tabloya kadar degisik yelpazede kendini gösterebilir. Bu genellikle mutant mt DNA orani ile ilgili olmakla birlikte kesin degildir ve düsük oranlardaki mutant mt DNA'da agir tabloyla karsimiza çikabilir. Yine mutasyonlar ayni hastada, zaman içinde de farkli doku dagilimi gösterebilir. Mutant mt DNA zamanla saf normal homoplazmiye veya saf mutant homoplazmiye kayis gösterebilir, doku dagilimi degisebilir (Mitotik segregasyon teorisi). Örnegin bebeklik dönemindeki Pearson sendromunun çocukluk yaslarda KSS seklinde klinik bulgu vermesi gibi zaman içerisinde klinik tablo degisebilir.

O zaman, eger siz klonlandiysaniz klonunuz size tipa tip uyar mi? Sorusunu sorabiliriz. Sadece eger siz kadinsaniz ve sizin kendi yumurta hücreniz kullanildiysa klonunuz size benzeyebilir. Klonlama sirasinda yumurtanin sitoplazmasinda bir miktar DNA kalmaktadir ve bu da mitokondriyal DNA (mtDNA)’dir. Dolayisiyla herkes kendi annesinin mtDNA’sini tasiyor. O zaman, erkekler tamamen aynisiyla klonlanamaz; sadece yakin kadin akrabasindan yumurta hücresi alinip kullanilirsa bu mümkün olabilir.

Dolayisiyla, mitokondrial DNA ile ilgili kaygilar mtDNA’nin yaslanmayla ilgili olmasindan kaynaklanmaktadir. MtDNA, mitokondrinin yapilmasi için gerekli sifreleri içerdiginden, yaslanmayla ilgili bazi teoriler de mitokondrinin bozulmasiyla hücre ölümünün iliskili oldugu yönünde olmaktadir.

Son yillarda yapilan arastirma sonuçlarina göre mitokondrinin babadan da aktarilabilecegini gösteren bilimsel bulgular ortaya çikmistir. 1999 yilinda Proceedings of the Royal Society dergisinde yayinlanan iki ayri makalede mtDNA’nin sadece anneden aktarilabilecegi seklindeki bu varsayimin geçersizligini ortaya koymustur. Malezya’nin küçük bir adasinda yasayan insanlarin hücrelerinde babadan aktarilmis mitokondrilere rastlanmistir. Ünlü Nature dergisi bu bulgularin "mitokondriyel DNA varsayimlarini haksiz çikardigini" itiraf etmistir. Benzer bir haber 2002 yilinda New Scientist dergisinin internet sitesinde yayinlanmis ve Danimarkali bir hastanin mitokondrilerini %90 oraninda babadan aldiginin anlasildigi bildirilmistir. Son olarak, Annals of Human Genetics dergisinde çikan bir yazida bugüne kadar basilmis tüm mitokondriyel DNA analizlerinin yarisindan çogunun hatali bulundugu bildirilmistir. (Forster, P. M., Annals of Human Genetics, 67, 2-4, 2003) Habere göre arastiricilarin basvurdugu mitokondriyel DNA veri bankalari hatali islenmis bilgilere dayaniyordu.

Yorum (0)

RSS yorumları

İsim

Başlık

Yorum

Gönder