Son yıllarda, moleküler genetik alanında kaydedilen önemli gelişmeler, hastalıklardan sorumlu olan genlerin genetik çalışmalarla belirlenmesini olanaklı hale getirmiştir. Bu doğrultuda hastalık genlerinin konumunu haritalandırmak için bağlantı ve ilişki çalışmaları yapılmaktadır. Diabetes mellitus ve Alzheimer hastalığı gibi karmaşık hastalıklarda bile gözle görünür bir başarı elde edilmiştir ve yakın gelecekte önemli çocuk psikiyatrik bozukluklara yatkınlık sağlayan genlerin belirlenmesine de kesin gözüyle bakılmaktadır. Yapılan aile, ikiz ve evlat edinme çalışmaları sonucunda otistik bozukluk, dikkat eksikliği ve hiperaktivite bozukluğu, şizofreni, bipolar bozukluk, depresyon, panik bozukluğu, obsesif-kompulsif bozukluk gibi birçok bozuklukta genetik yatkınlığın bulunduğu kanıtlanmıştır. Moleküler genetik çalışmalarla hastalıklardan sorumlu olan genler lokalize edilmeye çalışılmakta ve hastalıkların genetik temelleri araştırılmaktadır.

Bu konudaki ilerlemeler sayesinde hem tedavi, hem de korunma konusunda gelişmeler olacaktır, ayrıca biyolojik sistemlerin normal işlevlerini anlamamız kolaylaşacaktır. Üzerinde çalışılması nispeten kolay olan tek gen hastalıklarına nadiren rastlanmaktadır, ancak diabet, koroner arter hastalığı, ruhsal hastalıklar gibi karmaşık genetik yönü olan hastalıklara daha sık rastlanmaktadır ve bu yaygın hastalıklar üzerinde çalışılması, ne yazık ki, daha güçtür. Bu nedenle, önümüzdeki yıllarda en büyük çaba bu karmaşık genetik bozuklukların araştırılmasında olacaktır.

Bir önceki kuşaktan kendisini izleyecek kuşağa (generation) aktarılan nitelik veya özelliklere kalıtsal ya da genetik karakterler denir. Bireyler arasındaki farklılıkların iki kaynağı bulunmaktadır: (a) kalıtım, (b) çevre. Yani kişiler arasındaki aykırılıklardan bazısının temeli kalıtsal, bazısının ki çevreseldir. Ortaya konabilen, görülebilen, dokunulabilen, işitilebilen .... bir nitelik veya özelliğe fenotip (phenotype) denir. Bir başka tanımla, canlının tanımlanabilen çeşitli karakterleri o organizmanın fenotipini oluşturur. Fenotip kişiler arasındaki benzerlik yada aykırılıkların tanınma ve ifade yoludur. Doğumda var olan nitelikler doğumsal niteliklerdir. Kalıtsal her karakter doğumsaldır ama doğumsal her karakter kalıtsal değildir. Yani çocuklar anne babalarından fenotipleri değil fakat fenotipleri oluşturan cehveri almaktadır. İşte bu cehvere genotip (genotype; genetik kuruluş) denir. Genotip belli bir fenotipten sorumlu kalıtsal madde olarak tanımlanabilir. Fenotipik aykırılıkların nedeni genotipik farklardır. Genotip genlere ayrılabilmekte veya tersi söylenirde genotip genlerden oluşmaktadır. Kalıtsal bir karakter o karaktere özgü bir gen tarafından yaratılır. Genlerin her birisinin bağımsız bir fenotipten sorumlu olduğu bilinmekle birlikte, genler arasında karşılıklı ilişkilerin, etki ve tepkilerin bulunduğu veya birden fazla genin belli bir fenotipin oluşmasına katıldığı tartışmasız kabul edilecektir.

Belli bir organizmanın fenotipinden sorumlu genleri oluşturan tüm kalıtsal cehver genom (genetik materyal veya genetik madde) diye adlandırılır. Genotipin ifadesi (expression) genetik kuruluş kadar çevreye de bağlıdır. Zira çevre koşulları ve olanakların, olumlu veya olumsuz yönlere sapmaların fenotipin oluşmasında payları vardır. Çevrenin fenotiplerin oluşmasındaki pay ve katkısına karşın çevresel koşulların genotipi tümüyle değiştirmesi beklenmemelidir. Kalıtsal yapı natür (nature), çevresel yapı ise nürtür (nurture) terimleriyle anlatılmaktadır. İki karşıt yine de birbirine etkili dünyadan natür değişmezken nürtür döllenmeyi izleyen ilk dakikalardan ta sona kadar ve bazen köklü değişikliklere uğrar.

Bilindiği gibi, bazı genler dominant bazı genler resesif etkilidir. Dominant gen resesifi ile beraber bulunduğu zaman resesif genin etki yapmasını veya etkisinin belirmesini önler.

Mendelian Kalıtım (Mendelian Inheritance)

Mendel ne gen ne kromozomlardan söz açmıştır, ne de belki bunları biliyordu. Sonradan bulunan bilimsel verilerin bu yasalarla paralelliği saptanmıştır. Mendel deneylerinde cinsiyetin etkisi gözlenmediği, aşağıda bahsedilecek iki Mendel yasasının cinsiyete ilişkin kalıtımı öngörmez. Kalıtım biliminde cinsiyet kromozomları dışındaki kromozomlarla (otozom) olan, bağımsız karakterlerinden sorumlu yani ayrı otozom çiftlerine oturmuş genlerle sağlanan kalıtıma Mendelian Kalıtım demek geleneği kurulmuştur. Genlerin davranışlarını anlatan ve gösteren Mendel’in deneyleri ve deneylerden çıkardığı iki yasa mevcuttur: Birinci Mendel Yasası: Segregasyon (açılma, ayrılma, dağılma): birinci Mendel yasası veya “segregation” ilkesi genlerin ana-baba kuşaktan yavrulara geçerken birbirlerinden ayrılmalarını, yavruya tek tek gitmelerini öngörür. Saf olarak iki bahçe bezelyesi soyundan biri kırmızı diğeri beyaz çiçekler açmaktadır. İki soy doğal olarak çiftleşir veya insan eliyle çiftleştirilebilir (melezleme: hibridizasyon). Ana-baba veya ebeveyn kuşak (parental generasyon) P ile gösterilir. Kırmızı ve beyaz çiçekli soyların melezleşmesinden oluşan melezlerin (hibrid) bulunduğu birinci flial generasyon (birinci yavru kuşak) F1 diye adlandırılır. Bu melezlemede F1 ürünler hepsi kırmızıdır. Yani beyaz rengin kaybolduğu kanısının verir. Hepsi aynı renkte olduğu için monohibrid (tekli melez) denir. Beyaz rengin nereye gittiğini araştırmak için ikinci yavru kuşak ürünleri elde etme zorunluluğu vardır. Tekli melez F1’lerin kendi aralarından çiftleşmelerinden ikinci flial generasyon F2 (ikinci yavru kuşak) oluşur. Burada erkek-kız kardeş evliliği olmuştur. Yine renkleri yönünden değerlendirildiklerinde; burada bir kısım kırmızı bir kısmının beyaz çiçek açtıkları görülür. Mendel F1’de kalkmış olan beyaz rengin yeniden belirdiğini ama eşit dağılmadıklarını, kırmızı beyaz oranını 3:1 oranında olduğunu saptamıştır. Neden F1 ürünlerde beyaz yok? Niçin F2 ürünlerinde 3:1 oran söz konusudur? F1 melezlerde renkleri kararlaştıran etkeni (mendel bunun yerine faktör adını vermiştir) taşımaktadır. F1’lerde hem kırmızı hem beyaz renkle ilgili iki “faktör” bulunmaktadır; ne ki birisi etkisini tam gösterirken diğeri hiç gösterememektedir. Mendel etkisini tam gösterene baskın (dominant), hiç gösteremeyene çekinik (resesif) demiştir. Örneğin kırmızı dominant, beyaz ise resesif niteliktedir. Mendel’in faktör diye tanımladıklarına bugün gen diyoruz. Gerçekten her renk için her kişide bir çift gen bulunmaktadır. Yani kırmızı için bir çift gen beyaz için bir çift gen bulunmaktadır. Bugün “gen” ve “alel” (allele) deyimlerini alternatif olarak kullanmaktayız. Kırmızı için bir çift, beyaz için bir çift alel veya alel gen vardır.

Heterozigotluk-Homozigotluk: Genotipi oluşturan bir çift alel genin (eş=alel) değişik olmasına heterozigotluk, böyle kişilere heterozigot, böyle genotiplere de heterozigot genotip denir. Kk gibi. Büyük K harfi dominant, küçük k harfi resesiflik anlamındadır. Alel çiftinin aynı genlerden oluşmasına homozigotluk denir. KK, kk gibi. KK homozigot dominant, kk homozigot resesiftir.

Segregasyon İlkesi: Alel (eş) genler yavru ürünlere gitmek için birbirinden ayrılmak zorundadırlar. İşte alel genlerin yavruya gidebilmek için birbirlerinden ayrılmalarına “segregation” (ayrılma, dağılma) denir. Bir genin niteliği ya da yavruya geçme yeteneği eş (alel) genin nitelik ve yavruya geçeme yeteneğini etkilemez, bağımsızdır. Bu ilkeye parçacıklı kalıtım denir. Alellerden gelen parçalar birleşince yine bir alel oluşturur. O yüzden herbiri ayrıca segregant olarak adlandırılır. Segregasyon ilkesi bilinen bütün canlılar için geçerlidir. Segregasyon dağılım oranı 3:1’dir. Bu yasaya “üniformite yasası” diyenlerde vardır. Söylenenleri testlendirmek ve doğruluğunu saptamak iki yolla yapılır (1) resiprok çiftleşme (erkek ve dişinin yerinin değiştirilmesi (sonucu değiştirmez) (2) Geriye doğru çiftleştirme: ya melez kişi parental kuşağın homozigot dominant veya homozigot resesif kişisiyle çiftleştirilir. Bu çocuğun anne babasıyla evlenmesi demektir. Burada ayrımın kolay olması için homozigot resesifle çiftleştirilir. Buna test veya kontrol çiftleşmesi denir. Bunun sonucunda ana-babadan yavrulara olan biyolojik akımı yöneten kurallar ters yönlü akım için de doğru ve geçerlidir.

İkinci Mendel Yasası: Bağımsız Tertiplenme: Ayrı iki karakterin kalıtımı (meselâ bezelyenin renk ve şekil karakterleri) nasıl olur? Biri diğerinin kalıtsal davranışından etkilenir mi? Burada iki olasılık var: ya karakterler kalıtımca birbirine bağlıdır veya karakterler bağımsız davranmaktadırlar.

Bezelye için çiçek rengi alelik bir gen çiftliyle tohum şekli ayrı bir alelik gen çiftiyle kararlaştırılıyor. Dd (dolgun-buruşuk), Kk (kırmızı-beyaz).örneğin kırmızı çiçek-dolgun tohum ile beyaz çiçek-buruşuk tohum veren soy melezleştirilirse yavru nasıl olurlar? Buna değişik iki nitelik söz konusu olduğundan ikili melezleme (dihibridizasyon) denir. F1 melezlerinin hepsinin rengi kırmızı-dolgun olur. Birinci yavru kuşaklar arasında çiftleştirme olursa; kırmızı-dolgun, kırmızı-buruşuk, beyaz-dolgun, beyaz buruşuk 9:3:3:1 oranlarda bulunur. Burada ana-babaya benzemeyen “yeni” fenotipli bireyler oluşmuştur (örneğimizde kırmızı-buruşuk ile beyaz-dolgun)burada ana-babaya benzemeyenlere kombinasyonel (veya rekombinasyonel), benzeyenlere parental (veya orijinal) ürünler denir ve bunların fenotip dağılım oranları farklıdır. Bir gen çiftinin segregasyon özelliği ve karalaştırdığı karakterin yavruda belirmesi başka bir gen çiftinin segregasyon özelliği ve kararlaştırdığı karakterin yavruda belirmesini etkilemez. İki çift gen bağımsız davranmaktadırlar. İkinci Mendel yasası veya Bağımsız Tertiplenme (independent assortement”) denen bu tanımda; genetik materyal her biri bağımsız segregasyon ve rekombinasyon yapabilen gen çiftlerinden oluşmuştur; birinin kalıtsal davranışı ötekini etkilemez.

Polihibridizm (çok melezlilik): bağımsız 3 veya daha çok gen çiftinin segregasyonu ve ilgili karakterlerin kalıtımına ilişkin kuralları öngörür. Tek karakteri belirleyen ikiden fazla genin bir alel dizisi meydana getirmeleri polihibridizm değildir.

Gen Sayısı Arttıkça Orijinal Ebeveyne Benzeyenler Azalır: gen sayısı arttıkça orijinal veya ilk ana-baba genotiplerindeki yavruları bulma şansı azalmaktadır. Burada mevcut genlerin yeniden karıştırılması sonucu yeni bireyler yaratılır.
Kromozom Olarak Kalıtım

Kişide biri anne diğeri baba kökenli olmak üzere kromozomlar eş çiftler halindedir; biri anne diğeri baba kaynaklı olmak üzere genler de çift çifttir. Hücrenin önceden çoğalması ve çoğalma sonunda meydana gelen yeni hücrelerin ilkinki gibi olması olayına hücre çoğalması, üremesi (replikasyon) adı verilir. İnsanın 1014 hücresinden hepsi kendine benzer yavru hücreler meydana getirebilirken büyük çoğunluğu yeni bir bireyin yaratılmasına katılma güç ve yeteneğinden yoksundur. Sonuncu yetenek ancak cinsiyet hücrelerine özgüdür.

Kromozom hücre bölünmesinin gerçekleştiği ikinci dönemde genetik maddeye verilen isimdir. İnterfaz döneminde aynı genetik materyal kromatin denen parçacıklar halinde görülür. Kromatin ile kromozom arasında genetik bakımdan hiç fark yoktur. Hücrenin bölünmeye hazırlandığı hazırlık fazına interfaz denir. Bu dönemde genetik materyal tam bir katı kadar artar ve sentez sırasında eski, orijinal materyal kopya ve model olarak tutulur. Sonraki aşamada artan maddelerin yavru hücrelere paylaştırıldığı dönem mitoz adı verilir. Çekirdeğin basitçe ikiye ayrılıp kromatinlerin bir kısmının bir hücreye, diğerlerinin başka hücreye dağıldığı dolaylı bir süreçtir. Mitoz evreleri:

1. Profaz: kromatin gittikçe kromozoma dönüşür, kromozom incecik iplikçiler halinde seçilir. Kromozom birbirine sarılmış iki iplikçikten oluşur. Her birine kromatid denir. Profaz ilerledikçe kasılıp, kısalır (spiralisation, contraction) ve kalınlaşır. Kasılma ve su kaybı ile kromatidler birbirinden uzaklaşmaya başlar (sentromerle bağlıdırlar). Gerek sitoplazma gerekse nukleoplazma elemanlarının değişmesiyle iki kutup arasında protein iplikçiklerinden bir iğ oluşur. Profazdan itibaren kromatin kromozom adını alır ve her kromozom sentromerle birbirine bağlı iki kromatidden oluşmuş bulunmaktadır. Kromatidler hem yapı hem gen yönünden birbirinin aynı ya da kopyasıdır. İnterfaz döneminde hatırlarsanız iki katına çıkmıştı.

2. Metafaz: kromozomlar oluşmuştur. 23 çift kromozom ekvatora sıralanır.

3. Anafaz: kromatidler sentromerden ayrılır kutuplara doğru çekilmeye başlanır. Metafazdaki 92 kromatidden yarısı bir kutba yarısı diğer kutba gider.

4. Telofaz: kromatidler kutba çekilir, çekirdek zarları oluşur, sonra iki ayrı hücrenin hücre zarları oluşur.

Mayoz: yalnızca cinsiyet hücrelerinde oluşur. Mayoz sonucu hücreler diploid sayısının yarısı kadar (haploid) kromozom taşırlar. Fertilizasyona gidecek cinsiyet hücrelerinde kromozom sayısı somatik diploid sayıdan gametik haploid sayıya inmiştir. Fertilizasyonla gametler birleşir tekrar diploid olur. Homolog kromozomlar metafaz plâğında dizildiklerinde ana-babadan gelen kromozomların kaç tanesinin şu veya bu kromozomla birlikte bulunacağı kestirilemez. Kişiden kişiye farklılığın ikinci temeli yine mayozda oluşan krosing-over dir.

Tıbbi Genetik

İdeal bir genetik çalışma için şu iki koşulun yaratılması gerekir:

1. standart deney materyali yaratılması

2. standart çevre koşullarının oluşturulması.

Genotip yönünden birbirinin aynı veya aynı denecek ölçüde birbirine benzer canlı topluluğuna izojenik denir ki standart deney materyalinin izojenik soylardan seçilmesi gerekir. Ancak insanların genotipleri aynı (izojenik) değildir. Ayrıca insanın ömrü uzun fakat uzun süreçte az yavru verebiliyor, evlilikler genetik kuruluşa göre değil, rast gele yapılıyor, ilaveten çevre koşulları da sabit değildir.

Medikal genetik yöntemlerinin temeli fenotipleri inceleyerek kişiler arasındaki benzerlik ve ayrılıkları saptamak ve böylece genotipi kararlaştırmaktır. Genotipi saptamaya yönelik yöntemler:

1. Aile-içi Yığılma: Aynı karakterlerin birden fazla aile üyesinde bulunmasına aile-içi yığılma (birikim, familyal agregasyon, familyal konsantrasyon) denir. Aynı niteliğin ailede birkaç bireyde birden görülmesinin nedeni kalıtsal ya da çevresel olabilir. Belli bir niteliğin kalıtsal davranışı üzerine yeter bilgi sağlanmasına olanak veren evlenmeler enformatif veya kritik evleneme adı verilir. Bir başka deyişle segregasyonun izlenebildiği aileler araştırılmaya değer ailelerdir.

2. Pedigri Yöntemi: belli bir kişiden başlayarak daha ön ve sonraki kuşaklara gidilerek bütün yakınlarını içine alacak biçimde çıkarılan aile veya aileler ağacına pedigri denir. Belli niteliği yüzünden araştırıcı tarafından ilk görülüp incelenen ve pedigrinin çıkarılmasına yol açan kişiye de proband denir. Birkaç pedigri ağacının incelenmesi otozomal dominant veya sex-kromozomal kalıtımları tanımağa yeterken, otozomal resesif durumlar için çok daha fazla pedigri incelemek gerekir.

3. İkiz Yöntemi: Monozigot ikizler (tek yumurta) genetik olarak identik (birbirinin aynı) sayılır. TY ikizlerinin tam veya tama yakın benzerliklerine karşın, ÇY ikizleri arasındaki benzerliğin ikiz olmayan (fraternal) iki kardeş arasındaki kadar bulunması, ilgilenilen karakterin genetik etkenler tarafından yaratıldığına kuvvetle belgedir. Buna konkordans (benzerlik, uygunluk) denir.

4. Toplumun incelenmesi: genetik bakımından önemli olan dar bölgelerin kapalı toplumlarıdır. Bunlara izole toplumlar denir ki çeşitli nedenlerden bir bölgeye yerleşen ve akraba evlilikleriyle kendilerini sürdüren toplumlardır. Bunlarda kan yakını evliliklerin sık olması nedeniyle seyrek hastalıkların genel populasyona oranla çok sık olma şansı vardır.

5. Asosiasyon Yöntemi (İlişki Çalışması): bazı karakterlerin bazı karakterlerle beraber şansla beklenenden daha sık görülmelerine “association” (birlikte görülme, eşlik) denir. örneğin düodenum ülserine O kan grubu olanlarda daha sık rastlanır. O nedenle asosiasyon kişi, zaman ve yer bakımından özel bir olgudur. İki nitelik arasındaki eşlik ya şansa bağlı bir gözlem ya da sebep-sonuç ilişkisi şeklinde anlamlı bir olgudur. Asosiasyonun anlamlı bir olgu olduğu saptanırsa, adı geçen karakterin kalıtsal niteliği üzerindeki görüşler desteklenir ki yeni çalışmaların başlanması gerekliliği doğar. Asosiasyon aynı zamanda probandların daha kolay biçimde sınıflandırılmalarına yardımcı olur. Ayrıca bağlantı (linkage) durumunun varlığı yönünde ipuçları verir.

Bağlantı Çalışmaları:

Bağlantı analizlerinde bir hastalığın bilinen bir genetik belirtece bağlı olup olmadığı araştırılmaktadır. Bir hastalık geni ile bir genetik belirteç birbirine ne kadar yakın yerleşmişse, sonraki nesillere birlikte aktarılma olasılıkları da o kadar yüksek olur. Önceleri ABO, rhesus gibi eritrosit antijenleri ve insan lökosit antijenleri (HLA) gibi belirteçler kullanılırken, moleküler genetik alanında kaydedilen gelişmeler sonrasında DNA belirteçleri kullanılmaya başlanmıştır. “Restriksiyon parça uzunluk polimorfizmleri” ve “polimeraz zincir reaksiyonu”nun kullanıma girmesi ile DNA belirteçlerinin sayısı hızla artmıştır. İnsan genomunun her bölgesi için DNA belirteçleri geliştirilmiştir.

İlişki Çalışmaları:

Bu çalışmalar bağlantı çalışmalarından daha kolay yapılırlar. Örneğin, araştırmacı bağımsız 100 şizofren hasta ve 100 kişilik kontrol grubu üzerinde çalışır ve her bir grupta genetik belirteç sıklığını kıyaslar. Örneğin, kontrol grubunun %10’unda O kan grubu bulunurken, şizofren grubun %50’sinde O kan grubu saptanırsa, anlamlı bir sonuç elde edilmiş olur ve 9. kromozom üzerindeki ABO lokusuna yakın bir şizofreni geninin varlığından söz edilebilir. İlişki çalışmalarının bir üstünlüğü, bağlantı çalışmalarında sadece büyük örneklerde saptanabilecek olan, nispeten küçük etki gösteren genleri de saptayabilmesidir. Bir dezavantajı ise, sadece gene çok yakın olan belirteçlerin saptanabilmesidir.

6. Hayvan Modelleri. İnsanlarla hayvanlarda gözlenen eş hastalıklar araştırılır.

7. Çeşitli laboratuvar çalışmalar

Genetikte kullanılan bazı araçlar ve teknikler: Restriksiyon endonükleazlar olarak bilinen enzimler, DNA’yı özgül baz zinciri veya tanıma bölgelerinden kesen enzimlerdir. Bu yolla insan DNA’sı, sonunda bilinen zincirleri olan, 1000-10000 baz çifti uzunluğunda parçalara ayrılabilmektedir. Ligazlar, sonlarında tamamlayıcı zincirler bulunan DNA parçalarını birleştirebilen enzimlerdir. Bu şekilde özgül DNA segmentleri diğer DNA segmentlerinden uzaklaştırılıp yeniden konumlandırılabilir. DNA segmentleri bakteriyel plazmid gibi bir vektöre eklenebilir ve bu vektör bakteri içine girerek, sonradan eklenen DNA segmentini de içeren milyonlarca bakteri kolonisini üretmek için çoğalır. Ortaya çıkan moleküller farklı bir kaynaktan DNA içerdiği için “rekombinant DNA molekülleri” olarak bilinir. Bu moleküllerden orijinal DNA segmentinin birçok kopyası bir restriksiyon enzimi ile geri çekilir. Bu işlem “klonlama” olarak bilinir. Gelişmeler sonucu, herhangi bir DNA parçasının baz sırası eldeki kimyasal tekniklerle belirlenebilmektedir.

Polimeraz zincir reaksiyonu, moleküler genetik alanında oldukça sık kullanılan bir tekniktir. Bu teknik sayesinde, DNA materyali içerisinden ilgi duyulan zincir seçilerek çoğaltılabilir. 5000 baz çiftinden daha uzun zincirler bile seçilerek 105 – 106 kat çoğaltılabilmektedir. Bu tekniğin kullanılabilmesi için, ilgi duyulan zincirin yanında bulunan zincirin bilinmesi gereklidir, ancak bu şekilde çoğalacak bölgeyi tanımlayan özgül oligonükleotid primerleri inşa edilebilir.

İnsan popülasyonlarında DNA zincirleri içerisinde çeşitli değişkenlikler bulunmaktadır. Genler içerisinde meydana gelen bu değişkenlikler normal polimorfizmler ya da hastalıklara neden olan mutasyonlar olabilir. En sık değişkenlikler ise, genomun önemli bir bölümünü oluşturmasına rağmen, herhangi bir protein kodlamayan DNA kısımlarında ortaya çıkar. Genel olarak, bu bölgedeki değişkenliklerin hastalıkla ilişkisi yoktur, ancak genetik belirteç olarak kullanılırlar. Bu belirteçler de, bağlantı ve ilişki çalışmaları ile hastalık genlerinin genomdaki konumlarının belirlenmesinde kullanılmaktadırlar. Bu çalışmalarda, belirteç ile hastalık genlerinin yakınlığı gösterilmeye çalışılır.

Günümüzde en yaygın kullanılan DNA belirteçleri “mikrosatellitler” de denen “basit zincir tekrarları”dır. Bu yapılar DNA zincirlerinin tekrarlayan birimlerinden oluşur. “Restriksiyon parça uzunluk polimorfizmleri” de bir başka sık kullanılan belirteç sınıfını oluşturmaktadır. Bunlar genellikle “Southern Blotting” adı verilen daha zahmetli bir yöntem ile ölçülürler.

İnsan genomunun haritası hazırlanırken ara bir safhada suret haritalar oluşturulmaktadır. Bu haritalar içerisinde “anlamlı zincir uçları” adı verilen özel DNA zincirleri bulunmaktadır. Bu zincirler ise, reverse transkriptaz enzimi kullanılarak, hücresel mRNA moleküllerinin komplementer DNA’ya çevrilmesi ile elde edilirler. Her anlamlı zincir ucu bir genin bir kısmına tekabül eder. Anlamlı zincir uçları sayesinde, bir hastalık genine bağlantılı olan herhangi bir belirtecin komşuluğundaki genler tanımlanabilir.

DNA zincirlerinin genom üzerindeki konumlarını belirlemek için, “floresan in situ hibridizasyon” adı verilen yöntem de kullanılmaktadır. Bu yöntemde bir DNA zinciri floresan boya ile işaretlenerek, direkt mikroskopi ile görüntülenebilmektedir.

Bütün bu yöntemler sayesinde elde edilen gelişmeler “İnsan Genom Projesi” adı altında yürütülen çalışma kapsamında kaydedilmektedir. Gelinen nokta umut vericidir. Büyük bir olasılıkla da, insan genlerinin hemen hemen hepsi çok yakın bir gelecekte tanımlanacaktır.

Basit Mendelyan geçişli bozukluklar için haritalama :

Basit genetik bozukluklara nadir rastlanır ve bu bozukluklar basit Mendelyan kalıtım kalıbı gösterirler. Örnek olarak, otozomal resesif geçen ve her 2000 doğumda bir bireyi etkileyen kistik fibrozis ve otozomal dominant geçen ve her 10000 doğumda bir bireyi etkileyen Huntington hastalığı verilebilir. Moleküler genetik teknikleri bu bozukluklara başarı ile uygulanabilmektedir.

İşlevsel Klonlama:

Tek gen hastalıklarında bir genin kodlanmasında ya da kontrol zincirlerinde mutasyonlar ile hastalık ortaya çıkar ve genin protein ürününün yapısında bir değişim meydana gelir. Biyokimyasal temeli bilinen bir hastalıkta, ilgili proteini kodlayan gen araştırılarak, sorumlu geni belirlemek mümkündür. “İşlevsel klonlama” olarak bilinen bu yaklaşım, fenilketonüri ve hemofili gibi hastalıklardaki genleri belirlemek için kullanılır.

Pozisyonel Klonlama:

Birçok hastalıkta biyokimyasal temel bilinmez ve işlevsel klonlama mümkün olmaz. Böyle hastalıklarda pozisyonel klonlama yaklaşımı başarılı olmaktadır. Bu yöntemde, hastalık patofizyolojisi ile ilgili bilgi olmaksızın, sadece genetik teknikler kullanılarak ilgili genin genomik yerleşimi belirlenir. İlk evre, birçok hastalık olgusunun bulunduğu geniş pedigrilerde DNA belirteçlerinin kullanıldığı “bağlantı analizleri”dir. Öncelikle birçok belirteç incelenir ve etkilenen aile bireyleri arasında belirteçlerin rastlantısal olmayan paylaşımını saptamak için istatistiksel analizler yapılır. Etkilenen bireylerde belirteç ve hastalık allellerinin beraber bulunması “genetik bağlantı” olarak adlandırılır ve sorumlu genin belirteçe yakın yerleştiğini gösterir. Öncül bir belirleme sonrasında, bölgedeki ek belirteçler üzerinde çalışılır ve hastalık geni daha kesin olarak belirlenmeye çalışılır. Yeterli aile materyali bulunuyorsa, hastalık geni 1-2 cM içinde lokalize edilebilir.

Sonraki evrede; hastalıktan sorumlu genleri saptamak için, bu bölgede DNA direkt olarak incelenir. Bu evre “fiziksel haritalama” olarak bilinir. Çeşitli yöntemler kullanılarak genler tanımlanır ve gendeki mutasyonun patojenik olup olmadığı hasta ve kontrollerin kıyaslanması ile belirlenir.
Normal İnsan Karyotipi

Kromozomları karyotipe bakarak muayene edebiliriz. Karyotip bir bireyin hücresindeki metafaz kromozomlarını gösterir. DNA dediğimiz zaman bireyin genlerini düşünürüz. Karyotip bizim bütün DNA’mızın resimleridir, 35 000 gen içerirler. Karyotip resmindeki bir gen, bir beysbol sahasında beysbol topu kadardır. Boyutlarına, sentromerin yerleşim yerine göre kromozomları birbirinden ayırt etmek mümkün olabilir. Ayrıca boyanma yöntemi sonucu oluşan bant farklılıkları ile birbirlerinden ayırt edilebilirler.

Sentromerler ya metasentrik, submetasentrik, veya akrosentrik dizayn edilmiştir. Metasentrik kromozomlarda sentromer kromozomun tam ortasındadır. Submetasentrik kromozomda sentromer merkezden dışarıdadır. Kromozomun bir kolu diğerinden uzundur. Akrosentrik kromozomlarda sentromer uca yakın yerleşimlidir.

Normal İnsan kromozomları: 46 Kromozom: bir karyotip bireyin hücresindeki metafaz kromozomlarını gösterir. Bunlar boyutlarına göre çiftler halinde düzenlenir. 22 çift otozomal kromozom, 1 çift cinsiyet (sex chromosomes) kromozomu vardır. Erkek cinsiyet kromozomları bir X bir Y kromozomundan oluşur. Dişi karyotipi tıpkı erkeğinkine benzer, ancak cinsiyet kromozomlarının ikisi de X kromozomudur, Y kromozomu yoktur.

DNA Nedir?

Bütün organizmalar yaşamlarını geliştirmek ve sürdürmek için gerekli bilgileri içeren ayrıntılı talimatlar koleksiyonu bulundururlar. Bu yaşayan talimatlar kılavuzu (instructional manual) DNA adı verilen bir kimyasal molekül şeklinde bulunur. Bir kimyasal molekül nasıl oluyor da bu kadar çok bilgiyi taşıyabiliyor? Bizim kullandığımız 29 harfli alfabe harflerinin değişik şekillerde sıralanışı ile, sınırsız bilginin taşınmasına çok benzerdir. DNA alfabesi, bizim 29 harflik alfabenin aksine, yalnızca 4 harf içerir (G, A, T, C), tüm insan DNA kodu (şifresi) 5 milyar G, A, T, C’den oluşmaktadır. Bir hücre gerekli bütün bu bilgileri taşımak için, birçok DNA olmalıdır. Gerçekten de, bir tek insan hücresindeki bütün DNA’ları yan yana dizer uzatırsanız, 1 metre uzunluğunu geçer.

Bir DNA molekülü Guanozin (G), Adenozin (A), Sitozin (C), Timidin (T) nukleotidler denen kimyasal komponentlerden oluşur. DNA’nın yapısı bir çift heliks şeklindedir, tıpkı bir merdivenin spiral şekilde kıvrılması tarzındadır. DNA bazları çiftler halinde bulunur, bu çiftler merdivenin basamaklarını (rung) oluşturur. Merdivenin direkleri DNA’nın yapısal belkemiğidir (backbone). Direkler bilgi taşımazlar, sadece bazları uygun bir sırada tutarlar. DNA kopyalanacağı zaman, merdivenin basamakları ortadan kırılır ve direkler ayrılır. Yeni bazlar her bir direk (upright) üzerindeki bazlara göre eşleşir (match). Orijinal DNA molekülünden iki benzer (identical) DNA molekülü oluşur.




DNA bazları karakteristik olarak; G ile C, A ile T eşleşir.

Bir DNA ipliği ( DNA Strand)

DNA antiparalel molekülleri içeren bir çift iplikten oluşur. Aşağıda 150.000 kez büyütülmüş bir DNA fragmanın elektron mikrografisi görülmektedir. Bu DNA kabaca 10.000 nukleotid çifti uzunluğundadır:

GEN Nedir?

İnsan genom’unu oluşturan DNA, genler adı verilen bilgi byte’larına bölünmüştür, herbir gen bir eşsiz proteinin üretimi için bilgiyi taşırlar (bu bilgi değişti: her bir gen 2-3 protein oluşum kodunu içermektedir: birden fazla). İnsan genomu 35 000 gen içerir (eskiden 100.000 gen zannedilir), vücutta tahmini bulunan 1.000.000 protein üretimini kodlar. Bu genlerin %1’i maymundan farklı, 500 genimiz fareden farklı, bir insan yaklaşık 300 gen ile başka bir insandan ayırt ediliyor.

Bir hücre iki basamaklık bir süreçte her bir geni okur. Birinci basamağa tarnskripsiyon (transcription:kopyalama) denir, bu aşamada RNA’nın oluşumunda DNA sekansının bir kopyası yapılır. İkinci basamağa translasyon (translation: çevirmek) denir, burada RNA’daki bilgi, proteini oluşturan bir dizi aminoasitleri üretmek için kullanılır:






Biyolojinin Santral Dogması

DNA’nın özgünleşmiş bölgelerini anlatmak için “gen” terimi kullanılır. Bu bölge promoter olarak da adlandırılır. Promoter hücreye her bir defada ne kadar transkripsiyon yapması gerektiğini, diğer bir deyişle ne kadar RNA üretmesi gerektiğini söyler. Sürpriz olamayarak promoter bir genin başlangıcında bulunur.

Transkripsiyon: bir promoter bulununca, RNA yapmak için DNA bir şablon (template: şablon, kalıp) olarak kullanılır. DNA için benzer çiftleme (pairing) kuralları kullanılarak (RNA’da G ile C, A ile U eşleşir, T’nin yerini U almıştır), DNA tamamlayıcı (complementary) kopyası tek iplikçikli RNA sonuçta oluşur. Aşağıda DNA ve RNA nukleotidleri arsındaki farklar gözleniyor:

Translasyon: RNA’daki bilginin hepsi bir protein üretimi için kullanılmaz, yalnızca translasyon için başlangıç ve bitiş arasındaki bölge protein üretimini sağlar. Üç nukleotidden oluşan başlangıç sinyalinden sonra, aynı zamanda üç nukleotid okunur. Herbir üç nukleotide bir kodon adı verilir. Aminoasit üretimleri için özgündürler.

Her kodon bir veya daha fazla aminoasiti kodluyor.

DNA’nın (Uzun DNA iplikçiği) son derece uzun parçaları kromozomu oluşturur. Kromozom protein ve DNA’dan oluşur. DNA daki bilgiler bir kütüphanedeki gibi kullanılırlar. Okunabilir, tekrar tekrar okunabilir, ancak vazgeçilemez veya atılamazlar. Benzer olarak genlerdeki bilgilerde okunabilir. Ancak kullanılıp tükenmez.

DNA’daki genetik bilgi, organizmanın bütün biyolojik işlevlerini yerine getiren moleküllerin yapılması için talimatları içerir. Bir genden bu moleküllerin yapılması için, ilk önce DNA kopyalanır, sonra baz-baz olarak benzer şekilde RNA’ya çevrilir. Genin RNA kopyası, DNA’dan bilgiyi ürünün yapılacağı alana götürür.

Mutasyonlar DNA’daki kimyasal değişiklikler olup, genetik kodda varyasyonlara yol açar. Mutasyonlar kalıtılabilir veya çevresel etkilerle oluşabilir. Mutasyonlar farklı veya yanlış gen ürünlerine yol açabilir. Mutasyon bir genin DNA sekansındaki kalıcı değişikliktir. Bir genin DNA sekansındaki mutasyonlar, bir genin kodladığı protein aminoasit sekansını değiştirebilir. DNA sekansları herbiri üç harfli kodonlardır. Nokta mutasyonlar (point mutations) bir DNA sekansındaki tek bazdaki değişikliklerdir. Ebeveynden çocuklara kalıtılan mutasyon tipine germline mutasyon denir. Yaşamımız boyunca sporadik olarak oluşan mutasyonlara somatik mutasyonlar denir, çoğu zman vücudumuz somatik mutasyonları onarmada çok iyidir, nadiren tamir edilemez ve tıbbi hastalıklara yol açabilir.

Trait: bir gendeki bilginin fiziksel belirtisidir. Örneğin mavi gözler oluşumu için bir gen bilgisi var ise, mavi göz bir traittir.

Nükleik asit: tekrarlayan nükleotidlerin oluşturduğu büyük molekül.

Kalıtım Yolları

Nitesel, kesikli karakterler genellikle tek genli (monojenik) karakterdedir. Yani bunların oluşmasından çoğunlukla bir alel çifti sorumludur. İlgili genlerin segregasyonu izlenebildiğinden major gen diye tanımlanır. Bir yönüyle mendeliyen karakterlerdir. Örneğin muskuler distrofi, mendeliyen monojenik kalıtsal karakterlerdendir.

Bunların tersi polijenik, non-mendeliyen ve minör genlerin sorumlu tutulduğu kısaca multifaktoriyel karakterler vardır. Örneğin zekanın oluşmasında pek çok sayıda genin katkısı vardır. Minör etkili genlerin segregasyonu izlenemez.

Otozomal kalıtım: cinsiyetin kararlaştırılmasıyla doğrudan doğruya ilişki kurulamayan genlerle yapılan kalıtıma otozomal kalıtım denir. İki önemli niteliği vardır: 1) karakterlerin fark gözetmeksizin her iki cinsiyette birden aynı oranda dağılması (görülmesi). 2) anne ve babanın kız ve erkek çocuklarına gen ve karakterleri aynı sıklıkta geçirmeleri. Mendeliyen kalıtım otozomal kalıtımla eş anlama gelir. Otozomal dominant kalıtımda: major otozomal bir alel gen çiftiyle kararlaştırılan otozomal dominant karakter heterozigot kişide beliren karakter olur. Burada (1) musap kişinin, en az, anne ya da babası musaptır. (2) musap kişinin normal kişiyle evlenmesinden doğacak normal ve musap çocuk oranı 1:1 dir. Yani musap anne-baba sayısı ile musap çocuk sayısı eşittir. (3) muntazam dominantlık hallerinde (tam penetrans ve muntazam expressivite) musap olmayan kişinin anne veya babası da musap değildir. Muntazam dominantlık hallerinde karakter kuşak atlamaz. Her kuşakta gözlenir.

Burada mendel gibi genin kendisine değil etkilerine dominantlık resesiflik denir. Dominant gen zorunlu olarak zararlı yahut yararlı veya güçlü demek değildir. Homozigot durumlarda o.d (otozomal dominant) gen letaldir. Otozomal dominant kalıtımda penetransın eksik, expressivitenin değişik veya antisipasyon işe karışması nedeniyle dominantlık tam olmayabilir. İki alelin birden etkisinin fenotipte belirmesine ortaklaşa dominantlık (co-dominance) denir.

Otozomal resesif kalıtım: O.r kalıtımı tanımak için şu kriterleri aramak gerekir. (1) musap kişilerin anne babaları normal olabilir (2) genellikle familyal insidans gözlenir. Bir kişiden fazlasının musap olduğu sibşipler sıktır. (3) yakın akraba evliliğinde sıklık artar.(4) TY ikizlerinde ya ikisi musaptır ya da ikisi normaldir. Örneğin: Albinizm..

Genetik Heterojenite: Fenotipçe birbirinden ayrılmayan veya ayrılamayacak kadar birbirine yakın iki karakterin ayrı genotipler tarafından yaratılmasına genetik heterojenite denir. Örneğin otozomal resesif sağırlığın 40 tipi bildirilmiştir.

X-kromozomal Dominant Kalıtım: X kromozomlarındaki genlerin dominantlığı resesifliği kadın için düşünülebilir. Erkekte ise dominantlık resesiflik söz konusu değildir (çünkü erkek bir X taşır, ister dominant ister resesif, eğer varsa zorunlu olarak belirir.).X-kromozom kalıtımda erkekten erkeğe geçiş yoktur. X-kromozomal Dominant Kalıtımda (1) musap erkeğin bütün kız çocukları musaptır. (2) musap erkeğin erkek çocukları normaldir. (3) musap kadınların kız ve erkek çocuklarının yarısı musap, yarısı normaldir. (4) musap erkeğin annesi de musaptır. (5) musap kadınların üçte bir musap babaya, üçte ikisi musap anneye sahiptir.

X-kromozomal Resesif Kalıtım: (1) Durum hemen daima erkeklerde görülür. Anneleri normaldir. Böyle bir kadın fenotipçe normal, genetikçe taşıyıcıdır. (2) Taşıyıcı kadının erkek çocuklarının yarısı musaptır. (3) musap erkekler erkek çocuklarına değil, kız çocuklarına özelliği geçirir ve taşıyıcı yaparlar. (5) musap kızın meydana gelmesi için taşıyıcı anne ile musap erkek evliliği gerekir. Örnek: Renk körlüğü, hemofili A ve b, Duchene muskuler distrofi, Eritrosit G-6-P DH eksikliği.

Genlerin kromozomda oturdukları yere loküs denir. Eş kromozom çiftinden birisinde bir loküs, aleli için eşin öteki üyesinde bir eş loküs bulunur. Aynı kromozom loküsünde aynı karakterden sorumlu iki veya daha fazla alel genin bulunmasına çeşitli aleller sistemi (multipl alelizm) denir.

Polijenik-Multifaktoriyel Kalıtım:

Multipl alelizm ile polijeni birbirine karıştırılmamalıdır. İlkinde aynı niteliği oluşturan ikiden fazla gen vardır fakat alel genler olduklarından aynı kromozom kesimine (loküsüne) yerleşmişlerdir. Polijenide belli bir karakter söz konusudur. Ancak karakterlerin oluşmasına katılan genlerin sayısı bilinmeyecek kadar çoktur ve büyük olasılıkla çeşitli kromozomlara dağılmıştır. Minör etkili bu genlerin segregasyonu kolaylıkla izlenemez. Polijenik karakterlerin oluşmasında çevrenin katkısı vardır. Onun için böyle niteliklere multifaktör nitelikler de denir.

Genetik Benzerlik (genokopi): fenotipçe benzer fakat temelde farklı bir genetik karakteri anlatır.

Bir genin birden fazla karakter üzerine etkili görülmesine pleitropizm (çok yönlü etkinlik) denir.

Penetrans ve Expressivite:

Bir genotip ya da gen (veya genlerin) şu veya bu biçimde ifade bulmalarına, yani fenotipte belirmelerine penetrance (penetrans) denir. Karakter her yer, her zaman ve her kişide aynı veya aynı denecek belirtilerle gözüküyorsa tam penetrans denir. Karakterlerin bazıları gözükmüyorsa (az veya eksik ise) değiştirici (modifier) genlerin varlığı düşünülmelidir. Expressivite: penetran bir genin fenotipik ifadesinin kişiden kişiye değişmesine denir.

Genler birbirlerini çeşitli derecelerde ve yönlerde etkileyebilmektedir. Ortaklaşa dominant, katkılı ve değiştirici genler diye karşılıklı ilişkiler vardır. Genlerin birbirlerini (veya birbirlerinin etkilerini) olumlu-olumsuz yönde etkilemelerine genetik interaksiyon (etkileşim) denir ki fenotip bu interaksiyon sonucu oluşur. Genetik interaksiyon alel veya alel olmayan genler arasında olur. Alel olan genler arasında dominantlık-resesiflik interaksiyonu söz konusudur. Alelik olmayan interaksiyonlar şunlardır:

(1) alel olmayan genlerden birinin diğerinin etkisini örtmesine epistazis, etkinin örtülmesine hipostazis denir. (2) değiştirici genler (modifier): gen etkilerini değiştirerek farklı görüntü oluşmasına yol açar. (3) Baskıcı Genler (supressor): başka loküslerdeki genlerin normal etkilerini göstermesini önleyen, baskılayan genlere denir.

Antisipasyon: Huntington koreesi, dm, distrofi miyotonika gibi bazı hastalıkların (ilk ve sonuncusunda o.d. genler söz konusudur) sonraki kuşak bireylerinde hem daha erken belirdiğini hem daha ağır seyrettiğini düşündüren gözlemler vardır. Buna “anticipation” (öne geçiş) denir. Burada genin zaman boyutu savunulur.

Genetik etkinin veya rolün olmasına genetik yatkınlık (liabilite) veya elverişlilik (predispoziyon) denir.

Bağlantı (linkage) ve genetik haritalar:

Alel olmayan birden fazla genin aynı kromozom üzerindeki ayrı loküslere yerleşmiş olmasına bağlantı (linkage) denir. Aynı kromozomla taşınan genlerin görev bakımından da aynı veya benzer olmaları gerekmez. Mesala X kromozomu üzerinde G-6-P DH enzimi üretimini kontrol bir gen olduğu gibi, antihemofilik faktör oluşumunu kontrol eden gen de vardır. Bağımsız etkili genlerin bir kromozom üzerinde taşındıklarının saptanması kalıtım biliminin en ilginç ve bir bakıma son aşamalarından birisidir. Zira, belli nitelikten sorumlu bir gen eğer belli bir kromozoma yerleştirilebiliyorsa o niteliğin kalıtsallığından artık asla kuşku duyulmaz. Bağlantı saptandıktan sonra diğer ayrıntılar alınır. Geneler arasındaki bağlantının ilk belirtisi veya ipucu iki bağımsız niteliğin kişilerde daima veya sıklıkla beraber görülmesidir. Asosiasyon bağlantının silik bir işaretidir.

İnsanda bağımsız tertiplenme değil, çaprazlanma (krosing-over) vardır; eş üyeler arasında gen alışverişi olur. Bu durum sonucu tam olamayan bağlantı oluşur. Ancak krosing-over yok ise tam linkage oluşur. Genlerin bulundukları yerleri saptama yönelik linkage analiz (genetik haritalama) yapılmaktadır.

Şaylı BK: Genetik İlkeler, Hacettepe-Taş Kitapçılık Ltd, Ankara, 1981.