Anlam (moleküler biyoloji)

Moleküler biyolojide anlam, DNA ve RNA gibi nükleik asit moleküllerinde bulunan bilginin yönünün (polaritesinin) başka nükleik asitlerle karşılaştırılmasında kullanılan bir kavramdır. Hangi bağlamda kullanıldığına bağlı olarak "anlam" terimi farklı manalara gelebilir. Bir manasıyla "anlam", bir nükleik asidin protein kodlama özelliğidir. Bir diğer manasıyla "anlam", tek iplikli RNA virüslerinde, viriondan çıkan genomik RNA'nın doğrudan protein kodlayabilme özelliğidir. "Antianlamlı" nükleik asitlerden söz edilince, anlamlı bir mRNA'nın ifadesini engelleyen, komplemanter dizili bir nükleik asit kastedilir.

Bir DNA ipliği veya dizisinin RNA biçimi proteine çevriliyorsa veya çevrilebilirse, ona anlamlı (veya pozitif anlamlı) denir, komplemanter iplik veya diziye de antianlamlı (veya negatif anlamlı) denir. Bazen bunun yerine kodlayıcı iplik terimine de rastlanır.

DNA molekülünün bazı bölgeleri genleri kodlar; bu bölgelerdeki DNA dizisi genelde bir proteinin amino asit dizisini, proteini kodlayan mesajcı RNA (mRNA)'nın düzenleyici dizilerini, uçbirleştirme yerlerini ve diğer ayrıntıları belirleyen talimatları içerir. Bir hücrenin bu bilgiyi kullanabilmesi için, DNA'nın bir ipliği, ona komplemanter bir RNA zincirinin sentezlenmesi için kalıp görevi görür. Antianlamlı dizi içeren bu kalıp DNA ipliği, okunan iplik olarak adlandırılır, mRNA transkript içinse anlamlı dizi (antianlamlı dizinin komplemanı) denir. DNA çift iplikli olduğu için, anti anlamlı diziye komplemanter olan ipliğe yazılmayan iplik denir ve mRNA ile aynı anlamlı diziyi taşır (ama DNA'daki T bazları yerine RNA'da U bazları bulunur).

Virolojide, bir RNA virüs genomu pozitif anlamlı ("artı iplikli" de denir) veya negatif anlamlı ("eksi iplikli" de denir) olarak tarif edilebilir. Virüsler, genomlarının anlamına göre sınıflandırılırlar.

Pozitif anlamlı viral RNA, bir viral RNA dizisinin doğrudan translasyon yoluyla viral proteinlere çevrilebileceği anlamına gelir. Dolayısıyla pozitif anlamlı RNA virüslerinde, viral RNA genomu viral mRNA'ya karşılık gelir ve doğrudan konak hücre tarafından çevrimi yapılır. Bu yüzden bazı pozitif anlamlı virüsler (örneğin Coronaviridae), virion içinde bir RNA polimeraz bulundurmazlar.

Negatif anlamlı viral RNA mRNA'ya komplemanterdir ve dolayısıyla bir RNA polimeraz tarafından pozitif anlamlı RNA'ya dönüştürülmesi gerekir. Negatif anlamlı RNA, DNA gibi, kodladığı mRNA'ya komplemanter bir diziye sahiptir. Bu RNA doğrudan proteine çevrilemez; önce pozitif anlamlı bir RNA olarak yazılır bu da mRNA olarak etkir. Bazı virüsler (örneğin influenza) negatif anlamlı genoma sahiptirler ve bu yüzden virionlarında bir RNA polimeraz bulundurmak zorundadırlar.

Tek iplikli bir genom eğer hem pozitif anlamlı hem negatif anlamlı ise çift anlamlı denir. Bunya virüslerde tek iplikli üç RNA parçası bulunur, bunların hem pozitif anlamlı hem negatif anlamlı kısımları vardır. Arenavirüsler de çift anlamlı genomu olan tek iplikli virüslerdir, iki RNA parçası çoğunlukla negatif anlamlı olmakla berber ikisinin de 5' uçları pozitif anlamlıdır.

Antianlamlı mRNA, endojen mRNA'ya komplemanter bir RNA molekülüdür. Bir diğer deyişle, mRNA'nın kodlayıcı ipliğine komplemanter olan, protein kodlamayan bir RNA'dır, bu bakımdan negatif anlamlı viral RNA'ya benzer. Benzer şekilde antianlamlı DNA da, mRNA'ya komplemanter bir DNA molekülüdür. Antianlamlı moleküller tamamlayıcı (komplemanter) nükleik asit iplikleri ile etkileşerek bir genin ifadesinde değişime neden olabilirler.

Antianlamlı moleküller kullanarak gen ifadesinin etkilenmesi genel olarak iki yolla olabilir: bunlar enzim bağımlı antianlam etkisi ve sterik engelleyici antianlam etkisidir.

Enzime bağımlı antianlam etkisinde, hedef mRNA ve onunla hibritleşen antianlamlı molekül, çift iplikli bir yapı oluşturmaları nedeniyle RNaz H tarafından tanınır ve sindirilir. RNaz H tarafından sindirilebilen çift iplikli nükleik asit hibritlerini oluşturan antianlamlı nükleik asit, RNA, DNA veya fosforotiyoat nükleik asit olabilir. R1 plazmid sisteminde bulunan hok/sok sisteminde, meydana gelen çift zincirli RNA'nın enzim aracılıklı sindirimi, antianlam yoluyla gen ifadesi düzenlemesinin bir örneğidir. RNAi/siRNA sisteminde çift zincirli RNA yıkımı, enzime bağımlı antianlam etkisinin bir diğer örneğidir; anlam-antianlam ipliklerinin eşleşmesi yoluyla hedef mRNA tanımlanır ve RNA-indüklenmiş susturma kompleksi (RISC) tarafından yıkıma uğrar. Bu mekanizmalar hücre tarafında gen ifadesinin denetiminde kullanılırlar. Hücreler antianlamlı mRNA'yı doğal olarak üretebilirler, bu moleküller, komplemanter mRNA molekülleri ile etkileşerek onların ifadesini engelleyebilirler. Laboratuvarda da bir hücrenin içine sunî yolla antianlamlı mRNA kodlayan bir transgen sokularak belli bir genin ifadesi engellenebilir.

Sterik engelleyici antianlam etkisi (RNaz-H'den bağımsız antianlam etkisi), mRNA'daki bir hedef diziye bağlanarak bu mRNA'nın hücresel süreçlerde normal şekilde kullanılmasını engeller. Örneğin mRNA'nın antianlamlı bir nükleik asitle hibritleşmesi, ribozomun ilerlemesine engel olarak protein biyosentezini engelleyebilir veya uçbirleştirme mekanizmasını bozabilir. Sterik engelleyici antianlam etkisi gösteren moleküller genelde sunî moleküllerdir, bunlar deneysel veya tıbbî amaçla belli bir genin ifadesini azaltmak için kullanılır. Bu amaç için kullanılan nükleik asit analogları arasında 2'-O alkil ribonükleik asit, peptit nükleik asit, kilitli nükleik asit ve Morfolino nükleik asitler sayılabilir. Bu tür nükleik asit analogları aracılığıyla antianlam tedaviler halen geliştirilmektedir; ABD'de Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) antianlamlı bir fosforotiyoat DNAsı olan fomivirsen (vitravene) adlı ilacı insanda tedavi amaçlı kullanımını onaylamıştır.