Sentetik Olarak Geliştirilen Enzim Doğal Muadilinden Bin Kat Hızlı İşlev Görüyor

Protein yerine DNA'dan hazırlanmış yeni bir sentetik enzim (skramblaz enzimi), doğal enzimlerden bin kat daha hızlı işlev görüyor. Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign Yerleşkesi ve Cambridge Üniversitesi araştırmacıları tarafından yapılan çalışmalar sonucunda üretilen lipid-karıştırıcı DNA enzimi, kendi sınıfında doğal enzimlerden daha yüksek performans gösteren ilk örnek olma özelliğini taşıyor.

Bilim insanları araştırma bulgularını Nature Communications dergisinde yayınladılar. Illinois’de fizik profesörü olan Aleksei Aksimentiev; “Hücre zarları iç kısımda ve dış kısımda farklı moleküller kümesiyle hizalanmıştır (hücre zarı iç ve dış yüzeye sahip asimetrik bir çift tabakadan oluşur) ve hücreler bunu sürdürmeye büyük miktarda kaynak ayırır. Doğal süreçte hücrede bulunan skramblaz denilen enzimler hücre zarındaki bu asimetriyi ortadan kaldırmak için sinyal gönderir.  Skramblaz yetersizliği olan bazı hastalıklarda bu süreç gerçekleşmez. Bizim sentetik skramblaz enzimimiz, tedavi için yeni bir yol sunabilir” diyor.

DNA’dan yapılan yeni sentetik enzim, kanser hücrelerinde hücre ölümünü başlatmak için kullanılabilecek bir sinyal ile süreci tetikleyerek, hücre zarı içindeki lipid moleküllerini tersyüz edebiliyor. Aksimentiev’in ekibi, hücre zarlarında porlar ve kanallar oluşturan DNA yapılarını incelerken, DNA skramblaz etkinliğini keşfettiler. Bilim insanları Illinois'deki Ulusal Süper Hesaplama Uygulamaları Merkezi'ndeki Blue Waters süper bilgisayarını kullanarak, atomik düzeydeki sistemleri modelledi. Hücre zarının içine bazı DNA yapıları yerleştirildiğinde (ipliklerden ikisinin uçlarında kolesterol olmak üzere sekiz DNA ipliği demeti), DNA çevresindeki zardaki lipidlerin, iç ve dış zar katmanları arasında gidip gelmeye başladıklarını tespit ettiler. 

Aksimentiev'in Illinois'teki ekibi, bilgisayar modelleri tarafından öngörülen scramblase aktivitesini doğrulamak için, Cambridge'deki Profesör Ulrich Keyser'in ekibiyle ortaklık kurdu. Cambridge grubu, DNA enzimini sentezledi ve vezikül adı verilen model zar kabarcıklarında ve daha sonra da insan meme kanseri hücrelerinde test etti.  Cambridge ekibi, sentezledikleri DNA nano-yapısının kesinlikle hızlı lipid karıştırılmasını sağladığını gösteren sonuçlar elde ettiklerini belirtiyor. İlginç olanın ise, moleküler dinamik simülasyonlarının işaret ettiği yüksek tersyüz etme oranının, deneylerdekiyle aynı olması. Ekip bunun doğal skramblazlarda görülenin bin katı kadar daha hızlı olduğunu söylüyor. 

Aksimentiev, kendi başına DNA skramblaz'ının ayırt etmeden hücre ölümünü tetiklediğini söyledi. Bir sonraki adımın yapay enzimin belirli hücre tiplerini arayan, hedefleme sistemleriyle birleştirmesi olduğunu söylüyorlar. Aksimentiev, "Bu skramblaz yapılarını ışıkla veya başka bir uyarıcıyla aktif hale getirmek için çalışıyoruz, bu nedenle yalnızca ihtiyaç halinde etkinleştirilebilirler ve kapatılabilirler" diyor. Araştırmacılar sentetik enzimin kişiselleştirilmiş tedaviler için gelecekte büyük potansiyeli içerdiğini söylüyorlar.

Kaynak: https://phys.org/news/