Biyomimetrik Kimya – DNA Taklidi Viral Enzime Galip Gelir
Şekil : Bir B-DNA çift sarmalının ve tek bir sarmal ‘foldamer’ taklidinin temsili.
Yalnızca sentetik moleküller biyolojik modellerinin yapılarını taklit edemezler, aynı zamanda işlevlerini üstlenebilirler ve onlarla başarılı bir şekilde rekabet edebilirler. Münih Ludwig-Maximilians Üniversitesi (LMU) kimyacısı Ivan Huc tarafından tasarlanan suni bir DNA dizisi bunu göstermiştir.
Kimyacı Ivan Huc, çalışmalarının biyolojik sistemlerin altında yatan moleküler ilkelerdeki ilhamını buluyor. Biyomimetik çok moleküllü kimyaya adanmış bir araştırma grubunun lideri olarak Huc, hücrelerde bulunan başlıca biyolojik polimerler, proteinler ve DNA’ya çok benzeyen ve önceden belirlenmiş şekillere sahip ‘doğal olmayan’ moleküller yaratır. Bu moleküllerin omurgaları ‘foldamers’ olarak adlandırıldı, çünkü origami desenleri gibi öngörülebilir şekilleri benimserler ve kolayca değiştirilebilirler. Geçen yaz önceki çalışma yeri olan Bordeaux Üniversitesi’nden LMU’ya geçmiş olan Huc, DNA çift sarmalının yüzey özelliklerini taklit eden sarmal bir molekülü DNA bağlayıcı proteinlerin onunla etkileşime girecek kadar yakın bir şekilde sentezlemesini sağladı.
Bu çalışma Nature Chemistry dergisinde yayınlanan bir makalede açıklanmıştır. Yeni çalışma, sentetik bileşiğin HIV virüsü tarafından kullanılan ‘integraz’ dahil olmak üzere çeşitli DNA işleme enzimlerinin aktivitelerini inhibe edebildiğini göstermektedir. Sentetik DNA taklidinin etkinliğinin başarı gösterilmesi AIDS ve diğer retroviral hastalıkların tedavisine yeni bir yaklaşım getirebilir.
Yeni çalışma, Nature Chemistry dergisinde bu yılın başlarında yayınlanan iki yayında açıklanan ilerlemelere dayandırılıyor. Bu makalelerin ilkinde Huc ve meslektaşları, sentetik moleküllerin proteinlerin sarmal omurgalarına benzer sabit biçimler almasını sağlamak için gerekli olan bir bağlanma etkileşimleri modeli geliştirdi. İkincisinde ise, sentetik heliksleri hücresel ribozomlar tarafından sentez sırasında doğal proteinlere eklemek için gerekli şartları çalıştılar. Huc, “Her zamanki gibi biyolojide, şekil fonksiyonu belirler” diye açıklıyor. Yeni çalışmada Huc, DNA çift sarmalının yüzey özelliklerini taklit eden ve çeşitli şekillerin eklenmesiyle kesin şekli modüler bir şekilde değiştirilebilen sarmal bir yapıya katlanan sentetik bir molekülü tanıtıyor. Bu, deneycinin doğal DNA çift sarmalının şeklini, özellikle negatif yüklerin konumunu ayrıntılı olarak taklit etmesini sağlar. Taklit, HIV integraz enzimi de dahil olmak üzere, kolayca bağlanan ve esasen etkisizleştirilen iki DNA-bağlayıcı enzim için bir tuzak olarak davrandığına çok ikna edici.
Ancak asıl soru ‘foldamer’ olarak adlandırılan moleküllerin kendi normal DNA substrat varlığında enzimler için etkin bir şekilde rekabet edip edemeyeceğidir. Huc, “Eğer enzimler hala rekabetçi şartlar altında ‘foldamer’ molekülüne bağlanıyorsa, o zaman taklit doğal DNA’nın kendisinden daha iyi bir bağlayıcı olmalıdır” diyor. Ve gerçekten de bu çalışma, HIV integraz enziminin daha güçlü bir şekilde doğal DNA’dan daha fazla olarak bağlandığını göstermektedir. Huc, “Dahası, başlangıçta DNA’ya benzeyecek şekilde tasarlanmasına rağmen ‘foldamer’ molekülü en yararlı ve değerli özelliklerini DNA’dan ayıran özelliklere borçludur” diye belirtti.
Katmanlı tasarımın modüler yapısı sayesinde, bu yapay DNA taklitlerinin yapıları kolayca değiştirilebilir ve bu da aynı temel platform kullanılarak çok çeşitli türlerinin üretilmesini mümkün kılar. Mevcut çalışmada Huc ve meslektaşları, temel dizilimden bağımsız olarak, DNA’ya genetik olarak bağlanabilen enzimlere odaklanmıştır. Bununla birlikte özel nükleotid dizilimlerin tanınmasına bağlı olan birçok önemli DNA-bağlanma proteinlerinin etkisini bloke edebilen DNA taklitlerini geliştirmek için ‘foldamer’ yaklaşımını kullanmak da mümkün olabilir.
Kaynak : phys.org
