İnsan hücrelerinde dörtlü sarmal DNA
Cambridge Üniversitesi’nden araştırmacılar, canlı insan hücrelerinde DNA dörtlü sarmal yapısına bağlanabilen bir floresan işaretleyici geliştirerek normal koşullar altında bu yapının canlı hücredeki varlığını gösterdi.
[BAA-Biyolojik Hareket ve Evrim, Özge Şahin]
DNA bilinen klasik yapısı birbirinin etrafında dolanan çift sarmal haldedir. Ancak laboratuvar koşullarında başka yapılar da oluşturulabilir. DNA dörtlü sarmal yapısının keşfi, bilim insanlarının bu karmaşık yapıları canlı insan hücrelerinde göstermeye yönelik 10 yılı aşkın araştırması, hesaplamalı modellemelerle sentetik laboratuvar deneyleri ile başladı. Son olarak da araştırmalar, bu yapılara bağlanan floresan biyobelirteçler kullanılarak insan kanser hücrelerinde tanımlanması ile devam etti.
Nature Chemistry dergisinde yayınlanan çalışma, dört sarmallı yapıların konsantrasyonları ile hücre bölünmesi ve üretimi için çok önemli olan DNA kopyalama süreci arasında açık bağlantılar olduğunu gösteriyor.
DNA G-dörtlüsü olarak da adlandırılan dörtlü sarmal yapılar daha önce hücrelerde tespit edildi. Fakat bu sarmal yapının tespitinde kullanılan teknikler hücrelerin öldürülmesini ya da oluşumunu görselleştirebilmek için yüksek konsantrasyonlarda kimyasal işaretleyicilerin kullanılmasını gerektirdiğinden normal koşullar altında canlı hücrelerdeki varlıkları izlenemedi. Son yapılan araştırmada Cambridge Üniversitesi’nden bilim insanları, canlı insan hücrelerindeki DNA G-dörtlüsüne bağlanabilen bir floresan işaretleyici yaptılar.
Kanserin engellenmesinde kullanılabilir mi?
Araştırmacıların yayımladıkları makalenin ilk yazarı olan Dr. Marco Di Antonio, bu çalışmayla ilk kez hücrelerimizde dörtlü sarmal DNA’nın normal hücresel süreçlerle oluşturulan kararlı bir yapı olarak var olduğunu kanıtladıklarını belirtiyor. Bunun bizi DNA’nın biyolojisini yeniden düşünmemiz için zorladığını ve kanser gibi hastalıkların teşhis ile tedavisinde yeni yollar açabileceğini ekliyor.
Kanser çalışmaları ile ilgili olarak yeni bir yol açabilecek nokta şu ki, bu DNA yapılarını yakalayan ve tutan sentetik moleküller ile DNA G-dörtlü yapılar hedeflenebilir. Böylece hücrelerin DNA'larını kopyalamasını önleyerek kanserin başlangıcı olan kontrolsüz hücre çoğalmasını engellemek mümkün olabilir.
Dr. Di Antonio, hücrelerdeki DNA G-dörtlülerinin artık gerçek zamanlı olarak izlenebileceğini, bunların biyolojik rollerinin ne olduğunu doğrudan araştırabileceğinin altını çiziyor. DNA G-dörtlülerinin kanser hücrelerinde yaygın olarak görüldüğü biliniyor. Dolayısıyla bu yapının kanser hücrelerinde hangi rolü oynadığını ve potansiyel olarak onu nasıl engelleyebileceğimizi ya da nasıl yeni tedaviler geliştirebileceği araştırılabilir.
DNA heliksini geçici bir şekilde açık tutmak için meydana gelen DNA G-dörtlü yapının DNA’daki bilginin protein sentezini gerçekleştirmek için RNA’ya aktarımı gibi süreçleri kolaylaştırdığı düşünülüyor. DNA, dörtlü sarmal yapıları kanserle bağlantılı olan genler ile ilişkili görünüyor ve sayıca kanser hücrelerinde daha fazla tespit edilmiş. Bilim insanları, artık bir seferde tek bir DNA G-dörtlüsünü görüntüleyebilme yeteneği sayesinde bunların belirli genler içindeki rollerini ve kanserde nasıl ifade edildiklerini araştırmanın mümkün olduğunu söylüyor. Bu temel bilginin ilaçlar için kanser sürecini kesintiye uğratan yeni hedefler ortaya çıkarabileceğini belirtiyorlar.
Araştırmacılar, DNA G-dörtlülerine kolayca yapışacak şekilde tasarlanmış, az miktarlarda ve çok parlak bir floresan molekül kullandılar. Az miktarlarda floresan molekül kullandıkları için bir hücredeki her DNA G-dörtlüsünü görebilmeyi beklemiyorlardı. Ancak bu durum, her DNA G-dörtlüsünü tespit edip takip etmek yerine, bu yapıların hücredeki genel yaygınlıklarını ve kararlılıklarını bozmadan temel biyolojik rollerini anlamalarına olanak tanıdı.
Araştırmacılar yayımladıkları çalışmada DNA G-dörtlülerinin çok hızlı bir şekilde oluştuğunu ve dağıldığını gösterdiler. Buna bağlı olarak da hücrede yalnızca belirli bir işlevi yerine getirmek için oluştuklarını ve bu işlevin çok uzun sürerse normal hücre süreçleri için potansiyel olarak zehirli olabileceğini öne sürdüler.
Makaledeki diğer yazarlardan biri Dr. Aleks Ponjavic, bilim insanlarının canlı hücrelerdeki molekülleri görebilmek için özel işaretleyicilere ihtiyaçları olduğunu, ancak bazen bu işaretleyicilerin görmeye çalıştığımız molekülle etkileşime girebileceğini ifade ediyor.
Tek moleküllü mikroskopi kullanarak, daha önce kullanılandan 1.000 kat daha düşük konsantrasyonlarda işaretleyicileri gözlemleyebilmek mümkün. Bu durum da kendi işaretleyicilerinin, kararlılığının etkilenmeden (DNA dörtlü sarmalının davranışını doğal ortamında, dış etkiler olmadan incelememize olanak tanıyan) sadece milisaniyeler içinde DNA G-dörtlülerine bağlandığını söylüyor.
Kaynaklar:
http://www.sci-news.com/biology/dna-g-quadruplexes-human-cells-08693.ht…
http://www.sci-news.com/genetics/article00835.html
Di Antonio vd. (2020). Single-molecule visualization of DNA G-quadruplex formation in live cells, Nature Chemistry, 12, 832-837. DOI: 10.1038/s41557-020-0506-4