Alper Demirezen
Giriş
İnsan vücudu, trilyonlarca hücreden oluşmaktadır. Bu hücrelerde her gün 10.000’den fazla DNA hasarı, kırıklıkları veya lezyonları oluşmaktadır. Hücreler bu lezyonları onaramazlarsa kaderleri pek iyi olmaz ve felakete yol açabilir.
Genetik hasarları tespit eden ve onaran çok hassas bir makine, DNA mutasyonlarını ve kanser hastalıklarını engellemek için iş başındadır. Diğer teknikler bir yana, yüksek verimli mikroskopiye uygulanan makine öğreniminin yardımıyla, Ulusal Kanser Araştırma Merkezi’nde (CNIO) Alejo Efeyan liderliğindeki Metabolizma ve Hücre Sinyalizasyon Grubu üyesi Araştırmacı Bárbara Martínez, Massachusetts General Hospital’dan (Boston, ABD) Raul Mostoslavsky ve ekibiyle birlikte bu DNA Onarım Makinelerini detaylı olarak görselleştirmeyi başarmışlardır ve yeni onarım proteinleri belirlenmiştir. Boston’da tasarlanan ve Boston-Madrid arasında geliştirilen bu tekniğin makalesi Cell Reports’a yayımlanmıştır ayrıca teknik yeni Kanser Tedavileri için bir alternatiftir.
Martinez, hücrelerde meydana gelen DNA çift ipliklerindeki kırılmaları tespit eden DNA Onarım Mekanizmasının acil servislere çağrı şeklinde olduğunu söylemiştir. Protein molekülleri hatayı veya kırıklıkları onarmada uzmanlaşmış protein moleküllerine alarm sinyalleri göndererek ilgili lezyonları tanımasını sağlamaktadır.
Kanser hastalarına uygulanan bir çeşit terapötik stratejisi olan kemoterapinin amacı, kanserin büyümesini ve gelişmesini engelleyip, DNA lezyonlarını da indükleyerek tümörleri öldürmektir. Martinez, DNA lezyonlarının nasıl oluştuğunu ve nasıl onarıldıklarını ayrıca kanser hücreleri ile mücadele etme konusunda daha fazla bilgi toplayacaklarını DNA onarımındaki herhangi bir yeni keşif, sağlıklı hücreleri korurken daha iyi Kanser Tedavileri geliştirmeye yardımcı olacağını ifade etmiştir.
Araştırmacı bilim insanları, CNIO Konfokal Birimi tarafından tasarlanan ve modellenen bir makine öğrenimi analiz yönteminin yardımı ile, bu sürecin daha önce hiç elde edilmemiş bir detay ve hassasiyet derecesiyle analizine izin veren yeni bir metodoloji geliştirmişlerdir.
Bilim insanları, genetik hasarın indüksiyonu sonrasında binlerce hücre resminin elde edilmesini sağlayan yüksek çözünürlükte ve verimde olan mikroskop kullanmışlardır. İlk adımda, hücrelere 300’den fazla protein entegre ederek DNA onarım sistemine müdahale edip etmediklerini analiz etmişlerdir. Bilim insanlarının geliştirdikleri bu teknik sayesinde, DNA Onarım Mekanizmasında rol oynayan 9 yeni protein molekülünün keşfine yol açmıştır.
Araştırmanın yazarları, deneyde bir adım daha ilerleyerek hücrelere genetik hasara uğrattıktan sonra 300 adet proteini görsel olarak izlemeye başlamışlardır. Bilim insanları, 300 proteinin görsel olarak izlemesini UV lazer ile DNA’ya zarar veren klasik bir DNA Mikro Işınlama Tekniği’ni ilk kez büyük ölçekli bir formatta kullanılmak üzere uyarlayarak bu proteinlerin davranışlarını izlemişlerdir. Birçok proteinin hasarlı DNA’ya yapıştığı tespit edilmiştir ve diğer protein molekülleri tam tersini yaparak, DNA lezyonlarından uzaklaşmışlardır. Lezyona, onarım proteinlerinin alınmasına izin vermek için hasarlı DNA’ya bağlanmaları veya kendilerini çıkarmaları, DNA onarım proteinlerinin ortak bir özelliğindendir.
Araştırmacı bilim insanlarının keşfettiği protein moleküllerinden birisi de PHF20’dir. Araştırmanın yazarları, DNA Onarım Mekanizması’nda kritik işlevi olan protein yapılı bir molekül olan 53BP1’in işe alımını kolaylaştırmak için bu proteinin hasardan sonra saniyeler içinde lezyonlardan uzaklaştığı gözlemlenmiştir. PHF20 olmayan ya da içermeyen hücreler, DNA’larını doğru bir şekilde onaramayabilir. PHF20 molekülü, ışınlamaya diğer hücrelerden daha duyarlıdır bu da DNA hasarı için önem ihtiva ettiğinin bir göstergesidir.
Araştırmacı bilim insanları tarafından yürütülen bu çalışma, İspanya Bilim ve İnovasyon Bakanlığı, Carlos III Sağlık Enstitüsü, ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri, Marie Curie COFUND FP7, Massachusetts Genel Hastanesi, Avrupa Araştırma Konseyi ve Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendisliği Araştırma Konseyi tarafından finanse edilmiştir.
Kaynak: https://phys.org/news/2021-12-tools-visualize-dna.html
Görsel Kaynak: https://phys.org/news/2021-12-tools-visualize-dna.html
Editör: Elif Berfin KORGAN