Alper Demirezen
Giriş
Northwestern Üniversitesi’nden bir grup bilim insanı, gen ekspresyonundan sorumlu çok alt birimli ve bu çok alt birimden meydana gelmiş makinenin ilk kez incelemesini yapabilmek ve ortaya çıkarabilmek için insan hücreleri ile çalışmalar yapmışlardır. Medyatöre bağlı ön başlatma kompleksi (Med-PIC) olarak isimlendirilen moleküler yapı, hangi genlerin aktivasyona uğradığını ve hangi genlerin bastırıldığını belirlemede fonksiyonel olarak önemli rollere sahiptir. Medyatör, kompleksten geri kalanını RNA Polimeraz II (RNAP II) ve diğer genel transkripsiyon faktörlerini, hücrenin kopyalamak ve çoğaltmak istediği genlerin başında pozisyonlandırmasına yardımcı olur.
Bilim insanları, bu kompleksi daha iyi bir çözünürlükte görselleştirebilmek ve nasıl çalıştığını idrak edebilmek için kriyojenik elektron mikroskobu (kriyo-EM) kullandılar. Bu kompleks, kanser, nörodejeneratif hastalıklar, HIV ve metabolik bozukluklar dahil birçok hastalıkta rol oynadığından, araştırmacıların kompleksin yapısına ilişkin yeni anlayışları, hastalığı tedavi etmek için potansiyel veya alternatif bir yol olarak kullanabilirler.
İnsan Hücrelerinde İlk 3D Modelleme
Northwestern’den bu araştırmanın kıdemli yazarı olan Yuan He, komplekse dair (yani moleküler makinenin) gen ifadesi motifi moleküler biyolojinin her bir dalı için temel olduğu söyleminde bulundu. Böylelikle de bu yapının yani kompleksin 3D modellemesi, DNA’dan RNA’nın nasıl kopyalandığını idrak etme konusunda oldukça yararlı ve yardımcı olacaktır. Ardından bu araştırmanın ilk yazarlarından olan Ryan Abdella, bu kompleksin görselleştirilmesi neticesinde nasıl çalıştığını anlamalarında öncü olmuştur ve böylelikle de komplekse ait proteinlerin fonksiyonlarını yerine getirmek için nasıl bir araya geldiği de anlaşılmıştır. Araştırma 11 Mart’ta Science dergisinde yayımlanacak. Bu çalışma, insan medyatör kompleksinin insan hücrelerinde ilk kez 3D modellemeyle görselleştirildiği bir araştırmadır.
Çalışmaları ve araştırmaları ile ünlenmiş ve çalışmaları ile Nobel Ödülü almış biyokimyacı Roger Kornberg, 1990 yılında yürüttüğü bir projede mayadaki medyatör kompleksini keşfetti. Kornberg’in keşfettiği medyatör toplamda 26 alt birimden oluşuyordu ancak başlangıç öncesi kompleks ile birleştirildiğinde bu sayı 56’yı buluyordu. Araştırmacılar bu medyatör kompleksinin insan versiyonunu incelemek için yüksek çözünürlüklü teknikler kullanarak görüntülerini elde etmeye çalışmışlardır. Kornberg yürütmüş olduğu projenin teknik olarak oldukça zor olduğunu ve buna bağlı olarak bazı zorluklar ile karşılaştıklarını ve bu tarz medyatör komplekslerin az olduğunu ve küçük miktarlarda protein komplekslerinden bu medyatör yapılarından elde etmek için yüzlerce litre insan hücresine ihtiyaç olduğunu belirtti.
Araştırma ekibi incelemesi yapılacak olan numuneyi (yani medyatör kompleksin) bir grafen oksit tabakasına yerleştirmiş olup bir reaksiyon aldılar. Bu olaydan sonra grafen levha, görüntüleme sağlayabilmek için gereken numune miktarını en aza indirdi. Grafen levha daha önce destek amaçlı olarak kullanılmış amorf karbon ile kıyasla daha yüksek çözünürlüklü görüntüleme sağlayabilmek adına sinyal/gürültü oranını daha da iyileştirdiğini gözlemlediler. Araştırma ekibi numuneyi hazır hale getirdikten sonra görüntüleme için kriyo-EM’yi kullandılar. Teknik esasen çok sayıda dondurulmuş bir numuneye elektron akışı patlatarak işlev görmektedir. Araştırma ekibi Med-PIC kompleksinin 3D model görüntüsünü oluşturabilmek için hesaplama yöntemlerinden oluşan teknikler kullanmışlardır.
Makalenin ortak yazarlarından olan Anna Talyzina’ya göre Med-PIC kompleksini çözümleyebilmeyi yap-boz yapmaya benzetmektedir. Bu komplekse ait bazı alt birimler zaten önceki deneylerden biliniyordu fakat bunların nasıl bir araya geldiği ve nasıl etkileştikleri pek bilinmiyordu. Ardından bu çalışma ile bu bilinmezlikler son bularak kompleksin organizasyonu netliğe kavuştu. Yapılan 3D modelleme çalışmasında Med-PIC kompleksi 45 nm uzunluğunda, düz ve uzun bir yapı olarak tespit edilmiştir. Bilim insan bu medyatör kompleksin geri kalan kısmına göre bir hareketin olduğunu ve menteşe noktasında RNAP II’ye bağlandığını da gözlemlemişlerdir. Makalenin yazarlarından Abdella, medyatörün bir sarkaç gibi hareket ettiği söyleminde bulundu ve bu harekete bağlı esnekliğin de ne anlama geldiğini araştırmaya çalıştıklarını ifade etti. Onlara göre sarkaç gibi hareket etmesinin nedeni, kompleks içerisindeki anahtar rolü olan bir enzimin aktivitesinden kaynaklandığını düşünmektedirler.
Kaynak: https://phys.org/news/2021-03-reveal-3d-responsible-gene.html
Görsel Kaynak: https://phys.org/news/2021-03-reveal-3d-responsible-gene.html
Editör: Seray YETKİN