Çığır açan moleküler film, DNA'nın fermuar açma mekanizmasını ortaya koyarak viral ve kanser tedavileri için çıkarımlarda bulunuyor

Özet: Bilim insanları DNA'nın atomik düzeyde açıldığını gösteren ilk ayrıntılı 'moleküler filmi' çekerek hücrelerin genetik materyallerini kopyalamak gibi kritik bir süreci nasıl başlattıklarını ortaya koydular.

Ayrıntılı Açıklama

Leicester Üniversitesi'ndeki bilim insanları, DNA'nın atomik düzeyde açıldığını gösteren ilk ayrıntılı "moleküler filmi" çekerek hücrelerin genetik materyallerini kopyalamaya nasıl başladıklarını ortaya koydular.

Nature dergisinde yayınlanan çığır açıcı keşif, bazı virüslerin ve kanserlerin nasıl çoğaldığını anlamamıza yardımcı olarak geniş kapsamlı etkilere sahip olabilir.


Bilim ekibi, son teknoloji kriyo-elektron mikroskobu kullanarak, DNA'yı çözme sürecinde bir helikaz enzimini (doğanın DNA açma makinesi) görselleştirmeyi başardı. DNA helikazları, DNA replikasyonu sırasında gereklidir çünkü çift sarmallı DNA'yı tek sarmallara ayırarak her bir sarmalın kopyalanmasını sağlarlar.


Leicester Üniversitesi Yapısal ve Kimyasal Biyoloji Enstitüsü'nden ve makalenin başyazarı Dr. Taha Shahid şunları söyledi: "Bu moleküler motorun DNA çift sarmalını metodik olarak nasıl ayırdığını gösteren çok sayıda anlık görüntü kaydettik. Bu, moleküler ölçekte çalışan bir fermuar gibi ve bilim insanları hücrelerin DNA'larını kopyalamak için fermuarlarını açmaları gerektiğini uzun zamandır biliyor olsalar da, bunun tam olarak nasıl gerçekleştiğini daha önce hiç görememiştik.


"Artık sürecin tamamını an be an izleyebiliyor ve yaşamın en temel süreçlerinden birinin kesin mekaniğini ortaya çıkarabiliyoruz."


Araştırmacılar, helikazın daha önce varsayıldığı gibi kaba kuvvetle çalışmak yerine, hücresel yakıtı (ATP) hassas bir tetikleyici olarak kullanan zarif bir mekanizma aracılığıyla çalıştığını buldular.


Altı pistonlu bir moleküler motor gibi çalışır - her piston sırayla "ateşlenir" ve makineyi DNA boyunca ilerletir. En önemlisi, iplikçikleri doğrudan birbirinden ayırmak yerine, biriken gerilimi serbest bırakır - sıkıştırılmış bir yayı serbest bırakmak gibi - DNA'nın doğal olarak çözülmesine izin verir.


Dr. Shahid şunları söyledi: "Bu "entropi anahtarı" mekanizması, moleküler motorların nasıl çalıştığını düşündüğümüzden temelde farklıdır. Ayrıca, hücrelerin DNA kopyalamasını her iki yönde nasıl koordine ettiğine dair uzun süredir devam eden bir gizemi çözdük ve iki helikaz makinesinin belirli DNA bölgelerinde birlikte çalışarak her iki ipliğin aynı anda verimli bir şekilde kopyalanmasını sağlayan "replikasyon çatalları" oluşturduğunu keşfettik."


Araştırma, Leicester Üniversitesi ile Suudi Arabistan'daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST) arasında uluslararası bir işbirliği olup, bu üniversiteler çekirdek finansman sağlamış ve Leicester Yapısal ve Kimyasal Biyoloji Enstitüsü'ndeki (LISCB) Midlands Bölgesel Cryo-EM Tesisi de çalışma için gerekli altyapıyı sağlamıştır.


Dr. Shahid sözlerini şöyle sürdürdü: "Ortaya çıkardığımız helikaz mekanizmasının virüslerden insanlara kadar evrimsel olarak korunduğu görülüyor ve yaşamın tüm alanlarında DNA replikasyonunu anlamak için evrensel bir plan sağlıyor. Tıbbi açıdan bakıldığında, poxvirüsler, papillomavirüsler (belirli kanserlere neden olabilir) ve poliomavirüsler dahil olmak üzere birçok virüs replike olmak için benzer helikaz mekanizmalarına güveniyor. Ayrıntılı yapısal bilgilerimiz, insan hücrelerine zarar vermeden viral replikasyonu bozan, tam olarak hedeflenmiş antiviral tedavilerin geliştirilmesine rehberlik edebilir."


KAUST ve Leicester Üniversitesi'nden makalenin kıdemli yazarı Dr. Alfredo De Biasio şunları ekledi: "Bu çalışma, yaşamın moleküler mekanizmasını anlamamızda önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor. Yapısal biyolojiyi sofistike hesaplama yöntemleriyle birleştirerek, bu moleküler makinenin sadece neye benzediğini değil, aslında nasıl çalıştığını da ortaya koyabildik.


"Doğa, helikazda inanılmaz derecede verimli nano ölçekli bir makine geliştirdi - nasıl çalıştığını anlamak, teknolojik uygulamalar için benzer ilkeleri kullanan sentetik moleküler cihazların tasarımına ilham verebilir."


Leicester Üniversitesi'nde kriyo-elektron mikroskopi tesisini kuran Leicester Yapısal ve Kimyasal Biyoloji Enstitüsü Direktörü Profesör John Schwabe şunları ekledi: "Bu, dünya lideri tesisimizin yaşamı destekleyen kritik temel mekanizmaların ortaya çıkarılmasına nasıl katkıda bulunduğunun bir başka örneğidir."

Kaynak: University of Leicester