Münih’teki Ludwig-Maximilians-Üniversitesin’deki (LMU) bilim adamları, ani ışık parlaması ile hücrelerden, gerekli proteinleri elimine etmek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Bu yeni yöntem, istediğimiz proteinlerin işlevini incelemeyi mümkün kılıyor.
Proteinler sadece hücrelerin yapısal yapısının çoğunu sağlamakla kalmamakta, aynı zamanda oldukça spesifik kimyasal katalizörler gibi davranarak fizyolojik işlevlerin çoğunu gerçekleştirebilmektedirler. Bu nedenle, metabolizma, büyüme ve hücre bölünmesi dâhil olmak üzere tüm temel biyolojik süreçlerle yakından ilgilidirler. Aksine, yapılarındaki ve aktivitesindeki değişiklikler sonucu çeşitli hastalıkların gelişmesine neden olurlar. Proteinler tarafından kontrol edilen süreçleri anlamak için, her birinin nasıl çalıştığını anlamak gerekmektedir. Biyologlar normalde bir protein, tamamen hasar gördüğünde veya tamamen silindiğinde yani işlevselliğini tamamen yitirdiğinde ortaya çıkan semptomlara bakarak proteinin rolünün neler olduğunu analiz ederek anlarlar.
Deneysel olarak, bu olay genellikle onu kodlayan geni değiştirerek veya silerek gerçekleştirilir. Bununla birlikte, organizmanın hayatta kalması için gerekli olan proteinler veya belirli bir işlem için gerekli olan hücre tipleri söz konusu olduğunda, bu yaklaşım çok bilgilendirici değildir, çünkü mutasyona uğramış olan hücreler proteinin gerçek işlevlerini sunmadan önce ölme eğilimindedir.
“LMU biocenter” araştırma merkezinde Profesör Heinrich Leonhardt liderliğindeki araştırmacılar bu sorunu çözebilecek bir araç ve yöntem geliştirdiler. Yöntemleri, ilgilenilen proteinin seçici bozulmasını tetiklemek için ışık veya spesifik kimyasallardan yararlanıyor. Prosedür ve şimdiye kadar gözden geçirilerek elden edilen sonuçlar Nature Communications dergisinde yayınlanmaktadır.
Leonhardt “Bu teknolojiyi geliştirmek için hücrenin atık bertaraf sistemini (waste-disposal system) yeniden programladık.” Dedi. Arızalı olan veya artık gerekli olmayan proteinler normalde ubikitin adı verilen bir moleküle enzimatik olarak bağlanarak atılmak üzere hazırlanırlar. Ubikitin markırı daha sonra proteazom adı verilen moleküler bir kompleks tarafından tanınır, bu da esasen etiketli proteinleri parçalayıcı bir görev üstlenir. Leonhardt ve meslektaşları tarafından geliştirilen sistem, ilgilenilen proteini hedeflemek için nano-antikorlar olarak bilinen küçük antikorlardan yararlanır. Nanoantikor daha sonra ubikitin markırının bağlanması için özel bir ligaz getirir ve hedef protein imha için proteazoma gönderilir böylelikle seçilen protein kolaylıkla imha edilir.
Bir hedef molekülün ne zaman etiketlenip etiketlenmediğini ve bozulduğunu kontrol edebilmek için bilim adamları ek bir anahtar eklemişlerdir böylelikle sistemin doğru çalışıp çalışmadığını kontrol edebilmekteler. Hedef molekül sadece bilim adamları bu anahtarı ışıkla veya küçük kimyasal moleküller ile etkinleştirdiğinde işaretlenir. Leonhardt’un açıklamasına göre “Bu şekilde protein seviyelerini sürekli olarak düzenleyebiliriz. Tıpkı bir dimmer kullanmak gibi, herhangi bir proteinin istenen konsantrasyonunu ayarlayabilir ve hücresel süreçler üzerindeki etkileri gözlemleyebiliriz.”.
LMU araştırmacıları bu sistemi ilk olarak DNA replikasyonunda kritik rol oynayan bir proteini araştırmak için kullandılar. Canlılık için gerekli olduğundan bu protein, genetik olarak devre dışı bırakılamaz. Bu yeni çalışmanın baş yazarı Wen Deng, “Bu yöntemi hücrelerde geçici olarak bahsedilen proteini imha edip tüketmek için kullandık ve böylelikle DNA onarımına katılımını açıklayabildik” diyor. Sonuçlar, bahsedilen kritik proteinin, diğer DNA onarım proteinlerini etkilemek ve DNA hasarını etkili bir şekilde düzeltmek için merkezi bir iskele görevi gördüğünü gösterdi.
Yeni aracın ve yöntemin bir diğer avantajı ise tüm organizmalarda kullanılabilmesidir. Profesör Barbara Conradt’ın araştırma grubuyla işbirliği içinde, araştırmacılar sistemi biyolojide yerleşik bir model organizma olan nematod solucanı Caenorhabditis elegans’ta hücre ölümünü incelemek için kullandılar. Bu solucanın gelişimindeki belirli aşamalarda, spesifik hücre bölünmeleri tarafından üretilen iki yavru hücreden biri özellikle ortadan kaldırıldı. Leonhardt “ Yeni sistemin yardımıyla öldürücü proteini imha, karşılık gelen yavru hücrenin kaybını önleyebildik ve programlanmış hücre ölümü sürecine ilişkin bilgi kazandık.” diyor.
Ubikitin-proteazom sistemi sadece tüm yüksek organizmalarda değil, aynı zamanda Arke’de ve hatta bazı bakterilerde bulunduğundan, ekip, protein yıkımının hedeflenen düzenlenmesine yönelik yaklaşımlarının geniş ölçüde kullanılabilirliğini varsayıyor. Bu nedenle, bu yöntem hayati proteinlerin işlevlerini anlamada bizlere önemli bir katkıda bulunabilir.
Kaynaklar:
1. https://phys.org/news/2020-01-method-triggers-degradation-
proteins-analysis.html
2. https://www.nature.com/articles/s41467-019-14160-8
Bu makaleyi 4 dakikada okuyabilirsiniz.
Yönetici 