ⓘ Mutasyon

                                     

ⓘ Mutasyon

Mutasyon ya da değisinim, bir canlının genomu içindeki DNA ya da RNA diziliminde meydana gelen kalıcı değismelerdir. Mutasyona sahip bir organizma ise mutant olarak adlandırılır.

Mutasyonlar, genel olarak germ hattı mutasyonları ve somatik mutasyonlar olmak üzere ikiye ayrılır. Doku hücreleri içinde gerçeklesen bir mutasyon, kalıtsal olamayacağı için kusaktan kusağa aktarılmaz. Bedensel somatik mutasyonlar bu anlamda kalıtsal değildir. Esey üreme hücresi mutasyonları, diğer ismiyle germ hattı mutasyonları ise kalıtsaldır ve bir sonraki nesillere aktarılır.

Bireyin kalıtsal özelliklerinin ortaya çıkmasını sağlayan genetik sifre, herhangi bir nedenden dolayı bozulabilir. Bunun yanında hipermutasyon gibi hücresel süreçlerde organizmanın kendisi tarafından da tetiklenebilir. Bu durumda DNA’nın sentezlediği protein veya enzim bozulur. Böylece canlının, proteinden dolayı yapısı, enzimlerinden dolayı metabolizması değisebilir. Mutasyon ters evrimin temelini olusturur.

Mutasyonlar, kalıtsal materyalin normal kombinasyonunu değistirmeyen, kalıtsal yapıda meydana gelen bütün değisikliklerdir. Mutasyon terimi genel olarak,

  • Kromozom yapısının değismesini,
  • Kromozom sayısının değismesini,
  • Genlerdeki değisiklikleri kapsar.

Bu anlamda mutasyonlar, sitogenetikte, değisimlerin kapsamlarına göre, Genom mutasyonu, Kromozom mutasyonu ve Gen mutasyonu olarak adlandırılıp üçe ayrılırlar. Genom mutasyonları kromozom sayısındaki değismeler olup kromozom mutasyonları ise ısık mikroskobu altında incelenebilen ve kromozomun iç yapısında olusan değisimlerdir. Gen mutasyonları ise ısık mikroskobu altında görünmeyen ve tek bir geni kapsayan mutasyonlardır.

Mutasyonlar, dizilimlerde farklı türde değisimlere yol açabilirler; Bu anlamda bir mutasyon, canlı organizmanın fenotipik özelliklerinde negatif veya pozitif etkilere sahip olabileceği gibi nötr mutasyonlar hiçbir etkiye sahip olmayabilirler durağan veya sessiz mutasyonlar. Bu tür değisimler, bir gen ürününün değismesinde veya genin doğru ya da tamamen islemesini engellemede herhangi bir etkileri olmayabilir. Drosophila melanogaster sineği üzerinde yapılan çalısmalar, gen tarafından olusturulan bir proteinin mutasyonunda, bu mutasyonun yaklasık %70inin zararlı etkilere sahip olduğunu, geri kalanının ise ya nötr ya da zayıf faydalı etki gösterdiğini ortaya koymaktadır. Mutasyonların genler üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle, organizmalar mutasyonları gidermek için DNA onarımı gibi mekanizmalara sahiptir.

Genetik materyal olarak RNA kullanan virüsler, sürekli ve hızlı bir sekilde çoğalıp gelistikleri için onlara avantaj sağlayan hızlı mutasyon oranlarına sahiptir, ve bu sekilde insan bağısıklık sistemi gibi savunma mekanizmalarını atlatabilir ve reaksiyonlardan kaçabilirler.

                                     

1. Tarihçe

Tarihsel olarak "mutasyon" terimi ilk kez 1901 yılında Hugo de Vries tarafından aksamsefası bitkisiyle yaptığı çaprazlamalarda gözlemlediği varyasyonu tanımlamak için kullanılmıstır. Varyasyonların çoğu çoklu translokasyonlar nedeniyle olusmustur. Daha sonra iki vakanın, DNAnın kimyasal kompozisyonunda gerçek değisiklikler olan gen mutasyonları sonucunda olduğu gösterilmistir. Mutasyon çalısmaları ilerledikçe, meydana gelen değisikliklerin nötr, yararlı ya da zararlı olduğu, evrim süreciyle test edilerek anlasılır.

                                     

2. Mutasyon çesitleri

Mutasyonlar genetik çalısmaların temelini olustururlar. Mutasyonun en önemli sonuçlarından biri, bir sonraki kusağa farklı genetik özellikler aktarılmasına neden olmasıdır. Bu ise, farklı fiziksel özelliklere sahip bireylerin meydana gelmesidir.

Bu değisimler sonucu ortaya çıkarılan fenotipik çesitlilik, genetikçilerin değisikliğe uğramıs olan özelliği kontrol eden genleri çalısmalarına olanak sağlar. Genetik arastırmalarda mutasyonlar, nesilden nesile geçislerde takip edilebilen, "marker"lar olarak kullanılırlar. Tarihte mutasyonların sunduğu fenotipik çesitlilik olmasaydı, örneğin Mendelin arastırmalarını yaptığı bezelye bitkisinin fenotipi tek olsaydı, bu deneyler hiçbir zaman sonuç bulamayacaktı.

Bazı canlıların kısa olan hayatlarından yararlanılarak, kolayca tanınabilecek ve çalısılabilecek mutasyonlar bu canlılarda elde edilirler. Mutasyon ve mutagenez çalısmalarında özellikle virüsler, bakteriler, mantarlar, meyve sinekleri, bazı bitkiler ve fareler kullanılmaktadır. Bu canlılar, genetik hakkında bilgilerin elde edilmesinde çok yararlı olmuslardır.

                                     

2.1. Mutasyon çesitleri Kromozom yapısının değismesi

Mayoz bölünmenin ilk evrelerinde crossing-over ile kromozomlardan kopan parçalar yer değistirip tekrar kromozomlara bağlanabilirler. Crossing-over, homolog kromatitler arasındaki alısılagelmis parça değisimidir; ancak genlerin rekombinasyonlarına neden olur; fakat kromozomlarda yapı değisikliklerine neden olmaz. Bazen kromatitler, crossing-over olmadan parça değisimine, yitirilmesine ya da kazanılmasına neden olur.

                                     

2.2. Mutasyon çesitleri Kromozom sayısının değismesi

Kromozomlar mitoz ve mayoz bölünme sırasında bazen düzenli olarak ayrılmazlar. Sonuçta kromozom sayısı bakımından farklı hücreler meydana gelir ve kalıtsal açıdan bazı sorunlar olusturur. Birçok bitki doğadaki diploit kökenli diğer bitkilerden türemistir. Aynı gen lokusunda meydana gelecek öldürücü bir mutasyon, bu sekilde, diğer normal genleri tasıyan poliploit kromozomlar tarafından korunabilir. Baslangıçta öldürücü ya da engelleyici görünen bu genler bir zaman sonra canlının ayakta kalmasını sağlamak bakımından önemli bir duruma geçebilir. Bu tip bitkiler belli bir süre sonra kısır olarak kalırlar ve çelikleme ya da yumru ile çoğaltılırlar. Hayvanlar, vücutlarının belli bir parçasından üretilemedikleri için, triploidi ve tetraploidi bunlarda bir önem arz etmez. Insanlardaki kromozom sayısı değisimleri;

  • Kronik miyelojenik lösemi gibi hastalıklara neden olur ve bu insanlarda değistirilemeyen sorunlara neden olarak kalırlar.
  • Edward sendromu,
  • Cri du Chat sendromu,
  • Patau sendromu,
  • Down sendromu,


                                     

2.3. Mutasyon çesitleri Gen Nokta mutasyonları

Kromozomların yapısında ya da sayısında herhangi bir değisiklik olmadan, doğal ya da deneysel olarak meydana gelen ve mikroskopta görülmeyen mutasyonlardır. Mutasyonu meydana getiren aracılara "mutajenik faktör" denir. Mutasyona uğramıs bir gen nadir olarak eski haline dönebilir.

Gen mutasyonları, hücredeki kalıtsal bilgiyi tasıyan, çift nükleotid zincirinden olusan, DNA deoksiribonükleikasit molekülündeki gen denilen ve belirli bir özelliği kodlayan bölümündeki değisiklikten kaynaklanır. Mutasyonlar, bir DNA zincirindeki bazın A, T, G, C baska bir bazla yer değistirmesi sonucunda ortaya çıkabileceği gibi, zincire bir ya da daha çok bazın eklenmesi veya zincirdeki bazların eksilmesi sonucunda da ortaya çıkabilir.

                                     

3.1. Mutasyonların türlerine göre ayrımı Kalıtıma göre ayrım

Germ hattı mutasyonları Yumurta veya sperm ya da bunların öncüleri ile iliskili olan ve germ hattı üzerinden gelecek nesillere aktarılan mutasyonlardır. Bu mutasyonlar bir nesilden gelecek nesile aktarıldıklarından evrim için önemlidir. Genellikle germ hattı mutasyonları, onların yer aldığı organizmalar üzerinde doğrudan etkilere sahip olmazlar. Somatik mutasyonlar Üreme hücreleri dısındaki diğer somatik hücrelerde meydana gelen mutasyonlardır. Ortaya çıktığı organizmalar üzerinde etkilere sahip olmakla birlikte bunlar gelecek nesile aktarılmazlar. Bu sekilde normal hücreler kontrolsüz çoğalan kanser hücrelerine dönüsürler. Bunun yanında somatik mutasyonlar bir organizmanın yaslanma sürecinde de rol oynadıklarından tıp için önem tasırlar.


                                     

3.2. Mutasyonların türlerine göre ayrımı Nedenlerine göre ayrım

Kendiliğinden mutasyonlar dıs etkenler olmadan meydana gelen mutasyonlardır. Bu anlamda bir nükleotitin kimyasal bozulumu örneğin sitozinin oksidatif deaminasyonu sonucu kendiliğinden urasil meydana gelmesi veya tünel etkisi DNAdaki proton tünelleri gibi nedenler kendiliğinden meydana gelen mutasyonlara yol açabilirler. Uyarılmıs mutasyonlar mutajenler mutasyona neden olan maddeler ya da radyasyon tarafından olusturulan mutasyonlardır.
                                     

3.3. Mutasyonların türlerine göre ayrımı Mekanizmalarına göre ayrım

DNA replikasyonundaki hatalar DNA polimerazları farklı hata oranlarına sahiptir. Yetersiz bilgi okuma ve düzeltme etkinliği Bazı DNA polimerazları hatalı yapıları bağımsız olarak tanıma ve düzeltme olanaklarına sahiptir. Ancak, ökaryotlardaki A ailesi DNA polimerazları okuma ve düzeltme etkinliğine sahip değildirler. Pre- ve postreplikatif onarım hataları Mesela urasil gibi olağan dısı bir nükleotit DNAya gelip yerlestiğinde çıkartılarak uzaklastırılır. Onarımdan sorumlu enzimler, iki tipik DNA nükleotiti arasında olusan olası bir hatalı eslesmede ise yüzde 50 oranında bir hata olasılığıyla ikisi arasında bir karar vermek zorunda kalırlar. Dengesiz Krosover Bir DNA dizisi üzerinde birbirlerinin yakınlarında yer alan satelit DNA veya transpozonlar gibi benzer veya özdes sekansların mayoz bölünme sırasında hatalı çiftlesmesi sonucu olusan bir mutasyon türüdür. Hücre bölünmesi sırasında es kromozomların bölünmemesi kromozomların yanlıs dağılımına ve aynı zamanda böylece trizomi ve monozomi olusumuna yol açar. Transpozonların veya retrovirüslerin bütünlesmesi ya da dısarı çıkması Bu öğeler genlere veya gen düzenleyici bölgelere entegre olup onlarla bütünlesirler.


                                     

3.4. Mutasyonların türlerine göre ayrımı Değisimlerin boyutuna göre ayrım

Gen mutasyonu Sadece bir geni etkileyen kalıtımsal değisimlerdir. Nokta mutasyonları ve çerçeve kayması mutasyonları buna örnektir. Nokta mutasyonunda sadece bir organik baz mutasyona uğrar. Çerçeve kayması mutasyonu, tek bir bazın insersiyonu eklenmesiveya delesyonu silinmesi olup genetik kod içinde var olan üçlü sifreleme nedeniyle bir genin tüm yapısını değistirir ve bu nedenle genelde çok daha büyük etkilere sahiptir. Gen mutasyonun baska bir olası sonucu alternatif bağlamadır. Uzun dizilerin delesyonu silinmesi ve kromozomların belirli bölümlerinin iki veya daha fazla bir kata çıktığı gen duplikasyonları da bahsedilen Gen mutasyonlarına dahildir. Kromozomal veya yapısal Kromozom anomalileri Tek bir kromozomun yapısında olusan kalıtımsal değisimlerdir. Bu durumda kromozomun sadece ısık mikroskobunda görünebilir olan bölümleri değisime uğrar. Bu sekilde, kromozom parçaları kaybolabilir veya baska bir kromozomun parçaları eklenebilir. Buna bir örnek Kromozom 5in kaybolduğu kedi miyavlaması sendromudur veya tıptaki adıyla Cri du chat sendromu. Bu sekilde birçok gen eksik kalarak fenotipte hasarlara ve büyük değisimlere yol açar. Genom mutasyonları veya sayısal kromozom anomallileri Tüm kromozomların veya kromozom kümelerinin çoğalarak artıs gösterdiği anöplodi ve poliploidi veya aksine kaybolduğu değisimlerdir. Insanlarda bilinen örneği Down sendromudur. Down sendromunda insanın kromozom 21 çiftinde fazladan bir kromozom bulunur.
                                     

3.5. Mutasyonların türlerine göre ayrımı Organizma üzerindeki etkilerine göre ayrım

Letal öldürücü mutasyonlar Bir organizmada görüldükten sonra yasamının hangi evresinde bulunursa bulunsun, bundan bağımsız olarak o canlıyı her durumda öldüren mutasyonlardır. Kosullu öldürücü mutasyonlar Gen ürününde yol açtıkları değisimle canlı organizmayı sadece belirli yetisme kosullarında öldüren mutasyonlardır. Fonksiyon kaybedici mutasyonlar Loss-of-function-mutation Burada gen ürünü, gendeki bir mutasyon tarafından islevsiz hale getirilir. Bu durum da bir genin mutasyona uğradıktan sonra artık ise yaramamasına ve herhangi bir seyi kodlayamamasına yol açar. Eğer gen ürünü islev ve fonksiyonlarını tamamıyla kaybetmisse buna null alel veya amorf alel denir. Eğer yaban tipi fonksiyonlarından bir bölümünü muhafaza edebilmisse buna hipomorfik alel denir. Hipomorfik mutasyon, herhangi bir genin ifadelenmesini transkripsiyon azaltan ancak tamamen durdurmayan mutasyonlardır. Fonksiyon kaybedici mutasyonlar, bir genin fonksiyon kaybı baska bir alel tarafından da telafi edilebileceğinden genellikle çekinik olup resesiftir. Fonksiyon kazandırıcı mutasyonlar Gain-of-Function-mutation Herhangi bir genin transkripsiyonunu artıran bir mutasyon türüdür. Burada gen etkinlik ve hareketlilik kazanır ve bu gen hipermorf olarak adlandırılır. Eğer mutasyon tamamen yeni bir fenotip olusturursa bu durumda bu alel de hipermorf denir. Fonksiyon kazandırıcı mutasyonlar fark edilir bir fenotip olusturuyorsa bu mutasyonlar "baskın" olarak tanımlanır. Eğer fonksiyon kazandırıcı alel bir fenotipi sadece homozigot durumda ortaya çıkarıyorsa buna da resesif fonksiyon kazandırıcı mutasyon denir. Nötr mutasyonlar Bu tür mutasyonlar fenotiplerde değisimlere yol açsalar da biyolojik uyumluluk üzerinde herhangi bir etkileri yoktur. Durgun veya sessiz mutasyonlar Organizmalar üzerinde hiçbir etkisi olmayan mutasyonlardır.


                                     

4. Nedenleri ve etkileri

Mutasyonlar birkaç sebepten dolayı meydana gelebilir.

1) DNAnın kendini doğru olarak kopyalayamaması: Hücre bölünürken, DNAsının bir kopyasını çıkarır - ve bazen bu kopyalar birebir olmaz. Orijinal DNA diziliminde meydana gelen bu farklılık bir mutasyondır. Doğal sebeplerden ötürü gerçeklesir.

2) Dıs etkiler mutasyona sebep olabilir: Mutasyonlar ayrıca belirli kimyasallara ya da radyasyona maruz kalındığında gerçeklesebilir. Bunlar DNAda bozulmaya sebep olur. Doğal olmayan yollarla gerçeklesmesi zorunlu değildir - en izole ve bozulmamıs çevrelerde bile, DNA bozulur. Bu durumda, hücre DNAyı onarırken, her zaman mükemmel sekilde gerçeklestiremez. Böylece, hücre orijinalinden farklı bir DNA ile son bulur; sonuç olarak, bir mutasyondur.

Mutasyonlar; genellikle DNAnın kopyalanması ya da onarımı sırasındaki hatalarla ortaya çıkar. Genetik çesitliliğin ana kaynağıdır.

Mutasyonlar; yararlı, etkisiz ya da zararlı olabilir. DNAdaki bir değisiklik oraganizmanın herhangi bir özelliğinde değisime sebep olabilir.

Mutasyonun gözlenebilen bir etki olmadan ortaya çıkması çok az gözlenen bir olgudur. Daha çok çevreden gelen kimyasal ya da fiziksel etkiler nedeniyle olur. Bir dıs etkinin mutasyona yol açabilmesi mutajen olması için hücre içine girip etkinliğini gösterebilmesi gerekir. Örneğin Günes’in morötesi ısınları, girim gücü düsük olduğu için yalnızca deri hücrelerinde somatik mutasyona yol açabilirken, girim gücü yüksek olan X ısınları ya da atom bombası ısımaları, tohumsal mutasyona yani nesilden nesile aktarılabilen mutasyona yol açabilen çok güçlü etkenlerdir. Bu tür mutasyonların birçok örneği yakın zamanda Çernobil patlaması sonucunda çevredeki birçok canlı türünde gözlenmistir. Günümüzde bile bu patlama sonrası etrafa saçılan radyoaktif maddelerin neden olduğu somatik mutasyonların görünür sonuçları vardır. Hâlen Rusya ve Karadeniz Bölgesi’ndeki kanser oranları çok yüksektir.

Mutasyonun diğer bir sonucu da hücre bölünmesindeki kontrol mekanizmasını ortadan kaldırabilmesidir. Bunun bilinen en tehlikeli sonucu ise hücrenin kontrolsüz bölünmesi yani kanserdir.