Ters transkriptaz

Virüslerdeki fonksiyonu

Ters transkripsiyonlu virüslerde bu enzim ikileşme (replikasyon) sürecinde kullanılır. Ters transkripsiyonlu RNA virüslerinde bu enzim RNA genomlarının DNA'ya dönüştürülmesinde kullanılır, bu DNA sonra konak organizmanın genomu ile bütünleşir ve onunla beraber ikilenir. Ters transkripsiyonlu DNA virüsleri, hepadnavirüsler gibi, ters transkripsiyon sayesinde DNA ipliklerinin üretimi ve birleştirilmesinde RNA'yı bir kalıp olarak kullanır. AIDS hastalığının virüsü HIV, bu enzimi kullanarak insanları enfekte eder. Ters transkriptaz olmazsa viral genom konak hücrenin içine dahil olamaz, bu da onun çoğalamaması demektir.

Ters transkripsiyon süreci

Ters transkripsiyon bir RNA kalıptan tek zincirli bir DNA sentezlenmesidir, buna RNA yönlendirmeli DNA sentezi (RNA-directed DNA syntesis)) de denir. Çoğu ters transkriptaz enziminde bu etkinliğe ek olarak DNA yönlendirmeli DNA sentez yeteneği de olur. Retrovirüslerdeki ters transkriptazlarda ayrıca bir RNaz H etkinliği vardır, bu bir DNA-RNA hibritindeki RNA zincirinin sindirilmesidir.
DNA'ya bağımlı DNA polimeraz etkinliği olmayan, ters transkriptazlı virüslerde iki iplikli DNA'nın oluşturulması konak hücre tarafından kodlanan DNA polymerase δ tarafından mümkün olur. Bu enzim, viral DNA-RNA kompleksindeki RNA'yı bir primere benzetip iki iplikli bir DNA sentezler, bu süreç sırasında yeni sentezlenen DNA orijinal RNA kalıbı yerinden çıkarır.
Ters transkripsiyon çok hataya eğilimlidir ve bu süreç zarfında mutasyonlar meydana gelebilir. Bu mutasyonlar antiviral ilaç direncine neden olabilir.

Telomeraz

Telomerazlar kromozomların ucuna kısa DNA parçaları ekleyerek (omurgalılarda ""TTAGGG" dizileri) kromozomların her ikileşmesini takiben meydana gelen kısalmayı düzeltirler. Telomeraz enzimleri kendi yapıları içinde bir RNA kalıp molekül taşırlar. Bu RNA kalıp 3'-CAAUCCCAAUC-5' dizisine sahiptir. Telomeraz kromozomun ucuna bağlanıp bu RNA kalıbı kromozomun ucundaki en son TTAGGG ile hizalar, sonra kalıp ile komplementer bir DNA zinciri sentezler. Bu işlemin tekrar tekrar yapılması ile kromozom uzar.

Ökaryotlarda

Ökaryotik genomlarda retrotranspozon olarak adlandırılan, kendini ikileyen bölgeler vardır. Bunlar bir ters transkriptaz kullanarak, bir RNA araürün aracılığıyla kendilerini genomun bir yerinden başka bir yerine taşırlar. Hem hayvan hem de bitki genomlarından çok sayıda bulunurlar. Çoğu ökaryotta (insan da dahil) bulunan bir diğer ters transkriptaz telomerazdır, bu enzim kendi RNA kalıbını taşımaktadır; telomerazın RNA'sı, DNA ikileşmesi için kalıp olarak kullanılır.

Prokaryotlarda

Bazı bakterilerde Retron msr RNA olarak adlandırılan, ters transkriptaz kodlayan ayrık diziler bulunur, bunlar çok kopyalı tek iplikli DNA (İngilizce multicopy single-stranded DNA, msDNA) sentezi için kullanılırlar. DNA sentezinin başlaması için bir primer gerekir. Bakterilerde bu primer ikileşme sırasında sentezlenir.

Yapı

Ters transkriptaz enziminde RNA'ya bağımlı DNA polimeraz ve DNA'ya bağımlı DNA polimeraz bölgeleri, bunlar birlikte çalışarak transkripsiyon yaparlar. Transkripsiyon işlevine ek olarak, retrovirüslerin ters transkriptazlarında RNaz H protein ailesine ait bir bölge de bulunur, bu da onların ikileşmesi için hayatî önem taşır.

İkileşme sadakatı

Bir retrovirüsün hayat döngüsü sırasında üç farklı ikileşme (replikasyon) sistemi vardır. Birincisi, ters transkriptaz viral RNA'dan başlayarak, peşpeşe iki DNA ipliği sentezleyerek viral DNA'yı oluşturur. İkinci replikasyon sürecinde konak DNA polimeraz entegre olmuş viral DNA'yı ikiler. Son olarak, RNA polimeraz II, proviral DNA'yı RNA olarak yazar (transkripsiyonunu yapar), bu RNA da viryonların içinde paketlenir. Bu ikileşme adımlarının her birinde mutasyonlar meydana gelebilir.
Ters transkriptaz, RNA'yı DNA olarak yazarken yüksek bir hata oranı gösterir çünkü, DNA polimerazdan farklı olarak, bu enzimin prova okuma yeteneği yoktur. Hata oranı örneğin AMV ters transkriptazının için 1/17.000 baz, M-MLV ters transkriptazı için de 1/30.000 bazdır.

Antiviral ilaçlar

HIV ters transkriptaz kullanarak genetik malzemesini kopyaladığı ve yeni virüsler ürettiği için, bu süreci bozacak ve böylece büyümesini engelleyecek spesifik ilaçlar tasarlanmıştır. Toplu olarak bu ilaçlar ters transkriptaz inhibitörleri olarak adlandırılır. Bunların arasında nükleosit veya nükleotit analogları olan zidovudine (tescilli marka adı Retrovir), lamivudine (Epivir) ve tenofovir (Viread) ve nükleosit olmayan inhibitörler, nevirapine (Viramune) gibi, sayılabilir.

Moleküler biyoloji

Ters transkriptaz moleküler biyoloji laboratuvarlarında yaygın kullanılan bir enzimdir, özellikle ters trasnkriptaz polimeraz zincir tepkimesi (İng. reverse transcription polymerase chain reaction veya RT-PCR) diye adlandırılan ve polimeraz zincir tepkimesinin RNA'ya uygulandığı bir yöntemde kullanılır. Klasik polimeraz zincir tepkimesi (İng. polymerase chain reaction veya PCR) sadece DNA zincirlerine uygulanır ama, ters transkriptaz aracılığıyla RNA'dan DNA sentezlenirse PCR kullanımına uyarlanmış olur. Ters transkriptaz ayrıca mRNA'dan cDNA kitaplıkları üretilmesine olanak verir. Ters transkriptazın ticarî üretimi moleküler biyolojide yeni bilgi üretimine büyük katkıda bulumuştur, çünkü, bu enzim (başka enzimlerle birlikte) araştırmacıların RNA dizilerinin DNA olarak klonlanıp dizilemesini ve karakterize edilmelerini mümkün kılmıştır.

Tarihçe

Howard Temin ve David Baltimore birbirinden bağımsız 1970 yılında ters transkriptazı ilk olarak keşfettiler. Bunun için iki bilim adamı Renato Dulbecco ile beraber Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülünü aldılar. Keşfettikleri enzimle aynı zamanda proteinlerin DNA'dan RNA oluşmasından sentez edilmediğini ispatladılar. O zamanlar mikrobiyologlar arasında bu görüş çok yaygındı. Bu görüşün tersini, yani RNA'dan DNA oluşmasından proteinlerin sentez edilmesini keşfettikleri için bu enzime "ters transkriptaz" adını verdiler.