Bilim insanları daha önce bilinmeyen yolunu keşfetti

İnsan vücudunda proteinlerin önemli rolleri var. Hücre bazında da oldukça farklı şekillerde bulunan ve çözülmesi için daha çok araştırma yapılması gereken yapılar var. Ancak Harvard’lı bilim insanları hücrelerdeki gen ifadesini kontrol eden ve kısa ömürlü proteinlere yönelik yeni bir keşfe imza attı.

Bilim insanları, hücrelerin proteinleri parçalamasınının daha önce bilinmeyen bir yolunu keşfetmeyi başardı.

Buna göre kısa ömürlü nükleer proteinlerin parçalanmasında rol oynayan midnolin adı verilen proteni belirlediler.

Harvard Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde yürütelen çalışmaya göre, midnolin doğrudan proteinleri yakalayıp onların yok edildiği proteazom yani, hücrelerin bağlanmamış proteinleri atmasını ve özelleşmiş proteinlerin derişimini kontrol etmesini sağlayan büyük sistemin parçalarını, hücre imha sistemine çektiğini gösteriyor.

Science dergisinde yayımlanan bulgular ise oldukça önemli. Çünkü bu kısa ömürlü proteinler 40 yılı aşkın bir süredir bilinmesine rağmen, pek çok bilim insanı tarafından gerçekte nasıl bozundukları bulunamamıştı. 

Öncelikle hücrelerin proteinleri, yıkıma uğrayacak protein dizilerini tutmakla sorunlu olan tanımlama elementi ubikuitin ile etiketleyerek parçalayabildiği biliniyordu. Bu etiketleme sayesinde proteazoma proteinlere artık ihtiyaç duyulmadığı mesajı gider ve onları yok eder. Bu süreç, hücre içi protein parçalanması alanında önce Fred Goldberg tarafından tanımlanmıştı.

Yine de bu tanımlamarın yanında proteazom, bazen ubikuitin tarafından etiketlenmeden de proteinleri parçalıyor ve bu da araştırmacıları ‘protein bozunması mekanizmasının’ olduğundan şüphelenmesine neden oluyordu.

Araştırma yazarlarından Christopher Nardone, bu temel bir bilim keşfi diyor ve ekliyor, ”Literatürde proteazomun bir şekilde işaretlenmemiş proteinleri doğrudan parçalayablieceğine dair bazı kanıtlar oluşuyor, ancak kimse bunun nasıl olabileceğini bilmiyordu”.

Araştırmanın etkileyici yanı ise bu proteinlerin son derece kararsız olması ve yarılanma ömürlerinin kısa olmasıydı, bu bir kez üretildiklerinde işlevlerini yerine getirmeleri ve hızla bozunmaları anlamına geliyordu.

Nörobiyoloji Profesörü Michael Greenberg ise bu keşiften önce proteinlerin dönüşüm mekanizmasının büyük ölçüde bilinmediğini söylüyor.

Ekip söz konusu mekanizmayı araştırmak için iki transkripsiyon ile işe başladı. Öğrenme ve hafızadaki rolü sebebiyle bir FOS proteinleri ve hücre bölünmesi kapsamlı bir şekilde incelendi. DNA’nın RNA’ya transkripsiyonuna yardımcı olan bir transkripsiyon faktörü EGR1 kullanıldı.

Karmaşık protein ve genetik analizlerine başvuran araştırmacılar, her iki transkripsiyon faktörünü parçalamaya yardımcı olan bir protein olan midnolin üzerine yoğunlaştı. Fos ve EGR1’ye ek olarak midnolin de yüzlerce transkripsiyon faktörünün parçalanmasında rol aldığı ortaya çıkarıldı.

Bulguları doğrulamak için midnolinin bu kadar çok proteini nasıl hedeflediğini ve parçaladığını da tanımladılar. Bütün bu proteinler tanımlandığında midnolin mekanizmasının gerçekte nasıl çalıştığına dair de kafa karıştırıcı bazı sorular ortaya çıktı.

Ekip, bu protein yapılarını ve deney sonuçlarını tahmin edebilen DeepMind tarafından geliştirilen, protein yapısına ilişkin tahminler gerçekleştiren bir yapay zeka program olan AlphaFold ile detaylandırdı.

Bu sayede midnolin, diğer proteinleri yakalayan ve onları doğrudan parçalayan proteozomı besleyen protein bölgesi olan ‘yakalama alanı’ olduğunu buldular. Bu yakalama alanı sayesinde midnolin, proteinin yer yer yapılandırılmamış bölgesini yakalayan amino asitlerle birbirene bağlanan bölgelerine ek olarak birçok farklı protein türünü yakalamasına olanak sağladı.

Çalışmanın en heyecan verici yönü ise proteinleri parçalayan yeni, genel ve her yerde bulunmayan bağmısız mekanizmanın anlaşılmış olması.

Keşfi yapan ekip, kısa vadede keşfedilen bu mekanizmayı daha derinlemesine incelemek istiyor. Midnolinin proteinleri nasıl yakalayıp bozduğuna ilişkin ayrıntalırı daha iyi anlamak için çaılışmalar sürdürülecek. Öte yandan proteinin farklı hücrelerdeki gelişim aşamaları ve rollerini anlamak için midnolin eksikliği bulunan fareler üzerinde de deneyler sürüyor.

Greenberg’e göre proteinin bozulması kritik bir süreç ve bunun bilinmesi, bazı nörolojik ve psikiyatrik durumların yanında, bazı kanser de dahil olmak üzere bazı bozuklukların ve hastalıkların da anlaşılmasını ve tedavi edilmesinin önüne açabilir.