Yeni bir DNA düzenleme enzimi, bilim insanlarının DNA’nın tek bir baz çiftini, doğrudan ve kalıcı olarak A-T’den G-C’ye dönüştürmelerine imkan sağlamaktadır. Bu süreç, bir gün insan hastalıklarına sebep olan mutasyonları düzeltmek adına “kusursuz DNA cerrahisi”nin doğmasını mümkün kılabilir.
Yeni dizayn edilen bir DNA baz düzenleyicisi, adenini, guanin olarak okunup kopyalanan inozine çevirebilen bir “atom-yeniden düzenleyici enzim” (kırmızı), molekülü doğru noktaya yönlendiren bir rehber RNA (yeşil) ve karşı zincirdeki bazı keserek hücrenin tamamlayıcı bazı değiştirmesini sağlayan bir nickase Cas9 (mavi) içerir.
[Nickase: Cas9 enziminin tek zincirde kesim yapacak şekilde dizayn edilmiş halini ifade eder.]
DNA düzenleme, henüz çok yeni olan akılcı bir şekle sahiptir. Araştırmacılar, daha önce imkansız görünen bir DNA takası yapabilen; DNA baz çiftini A-T’den G-C çiftine doğrudan değiştirebilen, bir enzim tasarladılar. Howard Hughes Tıp Enstitüsü (HHMI) araştırmacılarından David Liu ve arkadaşları tarafından 25 Ekim 2017’de Nature’da yayınlanan makalede yazıldığı gibi, bir baz düzenleyicisi olarak bilenen yeni enzimin ilerleyen zamanlarda zararlı mutasyonları silen ve yararlı olanları yazabilen genom cerrahisini mümkün kılacağı düşünülmektedir.
HHMI-Simons öğretim üyesi ve MIT ve Harvard’ta moleküler biyolog olan Feng Zhang yeni sistemden “genom mühendisliği alanı için gerçekten heyecan verici bir katkı” olarak bahsetmekte ve “bilimsel araştırmaları hızlandırmak için doğal enzimleri ve süreçleri nasıl kullanacağımıza iyi bir örnek” diye eklemektedir.
CRISPR/Cas9 olarak bilenen metod gibi bazı genom düzenleme araçları, DNA’nın her iki ucunu da keser ve boşluğun istenen DNA dizisiyle dolması için hücrenin kendi moleküler sistemine güvenir. Baz düzenleyicilerse bir bakıma çok daha hassas araçlardır. Harvard Üniversitesi’nde bir kimyacı ve moleküler biyolog olan Liu bu iki aracı kıyaslarken şu cümleyi kurmaktadır; “CRISPR’ı makas olarak düşünürsek baz düzenleyicileri kalem gibi düşünmemiz mümkündür.”
Bu kalemler, baz olarak bilinen DNA’nın kimyasal birimlerini yeniden yazabilirler. DNA’nın tek zincirindeki her bir baz karşı zincirde bir eşe sahiptir, yani bir zincirdeki adenin (A) bazı karşı zincirdeki timin (T) bazıyla, guanin (G) bazı karşı zincirde sitozin (C) bazıyla eşleşir. Geçen yıl, Liu ve arkadaşları, G-C baz çiftini A-T baz çiftine dönüştürebilecek bir baz düzenleyiciyi tanımlamışlardır. Fakat araştırmacılar, A-T baz çiftini G-C baz çiftine dönüştürmeyi başaramamışlardır; şimdiye kadar!
Bu işin içine girerken Liu ve ekibi projenin riskli olduğunun farkındalardı; çünkü ilk adım henüz var olmayan bir enzimin oluşturulmasını içeriyordu. Bir doktora sonrası araştırmacı olan Nicole Gaudelli, işi yapabilecek bir enzim yaratmak için kısmen evrime dayanarak bu zorlu görevi üstlendi. Gaudelli, DNA’dan ziyade RNA’da, adenini inozin (guanin olarak algılanır) molekülüne dönüştürebilen ve TadA adı verilen enzimle işe başladı. Bakteri hücrelerinde büyükçe bir TadA mutant kütüphanesi oluşturdu ve antibiyotik varlığında hayatta kalabilmek için antibiyotik direnç genlerinde A’nın inozine dönüştürülmesini gerekli kıldı. Hayatta kalan bakteriler, DNA üzerinde adenin-inozin dönüşümünü gerçekleştirme yeteğine sahip TadA mutantlarını kodlayanlardı.
Laboratuvardaki bu evrim karşılığını verdi. Oldukça kısa bir sürede, bazı bakteri kolonilerinin kendi mutasyonlarını kimyasal müdahaleyle tamir edebildiklerini ve antibiyotik sorununun üstesinden gelebildikleri gözlemlendi. Araştırmacılar, diğer ayarlamaların yanı sıra enzimi bir de Cas9 nickase adlı bir moleküle bağladılar. Bu eklenti, yani hücrenin yeni bir eşleştirme yapması için doğru baz çifti ortaklarını eklemesini indükleyen ve böylece A-T ile G-C arasındaki tam takas işlemini tamamlayan nick (kesici), baz düzenleyicinin DNA ipliklerinden birini kesmek için doğru noktayı bulmasını ve karşı zincirdeki bazın değişmesini sağlar. Birkaç ilgili enzimle birlikte, ABE7.10 olarak adlandırılan en çok eklentiye sahip versiyon, hem insan hem de bakteri genlerinde A-T çiftini G-C çiftine çeviren etkin bir kimyasal operatördür. Enzim, %50’den fazla verimlilikle ve eğer varsa az sayıda istenmeyen mutasyonlar gibi yan ürünlerle çalışır.
İnsan hastalıklarıyla ilişkili kabaca 32.000 tek nokta mutasyonlarının neredeyse yarısı bir G-C çiftinin A-T çiftine dönüştüğü mutasyonlardır. Bu yeni çalışmadaki denemeler, yeni genom kaleminin vaadlerine işaret etmektedir. Örneğin, ABE7.10, hastalardan alınan hücrelerde, hemokromatoz olarak bilinen bir genetik demir depolama hastalığıyla ilişkili olarak G’den A’ya gerçekleşen mutasyonu tersine çevirmiştir. Bir başka deneyde ise, insan hücrelerinde bir hemoglobin geninin fonksiyonunu eski haline getiren bir mutasyon eklemiştir ve bu mutasyonun, orak hücre anemisi de dahil olmak üzere kan hastalıklarına karşı koruma sağladığı bilinmektedir.
Sonuçlar henüz erken bir aşamadadır. Liu, “baz düzenleme teknolojisini insanlar için bir tedavi yöntemine çevirmek için yoğun bir şekilde çalışıyoruz” diyor ama birçok engel hala varlığını sürdürmektedir. İnsan genomunu değiştirmek için baz düzenlemeyi kullanmadan önce; güvenlik, etkinlik ve baz düzenleyicinin uygulanması metotları hala yanıt bekleyen sorular olarak beklemektedir. Liu, “istediğiniz değişikliği yapabilen bir makineye sahip olmak sadece bir başlangıç” diyor ve ekliyor, “makinenin gerçekten yararlı olabilmesi için bütün diğer gerekleri de yerine getirmek gerekiyor.”
Yazar: Aslıhan Esra Bildirici
Kaynak:
Howard Hughes Medical Institute. “Precise DNA editing made easy: New enzyme to rewrite the genome.” ScienceDaily. ScienceDaily, 25 October 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171025140532.htm>.
Bu makaleyi 5 dakikada okuyabilirsiniz.
Yönetici 