Hücre Süreçlerini Keşfetmek için Tamamen DNA’dan İnşa Edilmiş Bir ‘Nano-Robot’ Tasarlandı
Fotoğraf : İntegrin sinyallemesinin otonom DNA Nano-vinç aktivasyonu. A Transmembran reseptör integrini (mavi), kompakt bir αβ heterodimer olarak bulunur. İntegrinler, 1 ila 15 pN arasında uygulanan mekanik stresleri iletir ve integrinin mekanik uyarılmasından sonra kalıntı Y397’de fosforile hale gelen Fokal Adezyon Kinaz (FAK) dahil olmak üzere fokal yapışmaları birleştirmek için ek proteinler alır. Donör, D ve alıcı, A, etiketleri olan iki antikorun eklenmesi, bir Lüminesans Rezonans Enerji Transfer (LRET) tahlilinde fosforile edilmiş FAK’ın saptanmasına izin verir. Her iki antikor da fosforile edilmiş FAK’a (Y397-P) bağlanarak saptanabilir bir yüksek LRET sinyali ortaya çıkarır, oysa fosforilasyonun yokluğunda yalnızca tek bir antikor bağlanır ve düşük bir LRET sinyali verir. Süspansiyondaki B MCF-7 hücreleri 1, işlenmemiş kontrol, 2, RGD konjuge oligonükleotit ile inkübe edildi, 3, cRGD ile fonksiyonelleştirilmiş Piston silindir origami ile inkübe edildi, 4, fonksiyonelleştirilmemiş Nano-vinçlerle inkübe edildi, 5, cRGD ile fonksiyonelleştirilmiş Nano-vinçlerle inkübe edildi . Hücreler daha sonra parçalandı ve FAK fosforilasyonu yapıldı. Tek başına antikorların arka plan sinyali, R0, alıcı ve donör floresan yoğunlukları oranlarından (RAD) hesaplanan deney ve kontrol koşullarında parçalanmış hücrelerin sinyalinden çıkarıldı. Sonuçlar, en az üç bağımsız deneyin ortalamasıdır. Hata çubukları standart sapmayı temsil eder, istatistiksel anlamlılık, işlenmemiş kontrole kıyasla tek yönlü varyans analizi ile belirlendi (***P < 0.001). Kredi: Nature Communications (2022).
DNA’dan küçücük bir robot yapmak ve onu çıplak gözle görülemeyen hücre süreçlerini incelemek için kullanmak… Bilim kurgu olduğunu düşündüğünüz için affedilirsiniz, ancak aslında Fransız Ulusal Sağlık ve Tıp Araştırma Enstitüsüdür (Inserm), Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi (CNRS) ve Montpellier’de bulunan Montpellier Üniversitesinin Yapısal Biyoloji Merkezinden bilim insanları tarafından gerçekleştirilen ciddi araştırmaların konusudur. Bu son derece yenilikçi “nano-robot”, birçok biyolojik ve patolojik süreç için çok önemli olan mikroskobik seviyelerde uygulanan mekanik kuvvetlerin daha yakından incelenmesini sağlamalıdır. Nature Communications’da yayınlanan yeni bir çalışmada açıklanmıştır.
Hücrelerimiz, vücudumuzun normal işleyişinde veya hastalıkların gelişiminde rol oynayan birçok hücre işlemi için gerekli olan biyolojik sinyalleri tetikleyen mikroskobik ölçekte uygulanan mekanik kuvvetlere tabidir. Örneğin, dokunma hissi kısmen belirli hücre reseptörlerine mekanik kuvvetlerin uygulanmasına bağlıdır (keşfi bu yıl Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü ile ödüllendirilmiştir). Dokunmaya ek olarak, mekanik kuvvetlere (mekanoreseptörler olarak bilinir) duyarlı olan bu reseptörler, kan damarı daralması, ağrı algılama, nefes alma ve hatta kulaktaki ses dalgalarını algılama gibi diğer önemli biyolojik süreçlerin düzenlenmesini sağlar. bu hücresel mekanik duyarlılığın işlevsizliği birçok hastalıkta rol oynar – örneğin kanser: kanser hücreleri, mikroçevrelerinin mekanik özelliklerine ses çıkararak ve sürekli olarak uyum sağlayarak vücut içinde göç eder. Bu tür bir adaptasyon, ancak bilgiyi hücre iskeletine ileten mekanoreseptörler tarafından spesifik kuvvetler tespit edildiğinden mümkündür.
Şu anda, hücre mekanik duyarlılığında yer alan bu moleküler mekanizmalar hakkındaki bilgimiz hala çok sınırlıdır. Kontrollü kuvvetleri uygulamak ve bu mekanizmaları incelemek için halihazırda çeşitli teknolojiler mevcuttur, ancak bunların bir takım sınırlamaları vardır. Özellikle, çok maliyetlidirler ve aynı anda birkaç hücre reseptörünü incelememize izin vermezler, bu da çok fazla veri toplamak istiyorsak kullanımlarını çok zaman alıcı hale getirir.
DNA Origami Yapıları
Bir alternatif önermek için, Inserm araştırmacısı Gaëtan Bellot liderliğindeki Yapısal Biyoloji Merkezi’ndeki (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) araştırma ekibi, DNA origami yöntemini kullanmaya karar verdi. Bu, yapı malzemesi olarak DNA molekülü kullanılarak önceden tanımlanmış bir biçimde 3D nanoyapıların kendiliğinden birleştirilmesini sağlar. Son on yılda, teknik, nanoteknoloji alanında büyük ilerlemelere izin verdi.
Bu, araştırmacıların üç DNA origami yapısından oluşan bir “nano-robot” tasarlamasını sağladı. Nanometrik boyutta, bu nedenle bir insan hücresinin boyutuyla uyumludur. İlk kez 1 pN, yani bir Newton’un trilyonda biri çözünürlükte bir kuvveti uygulamayı ve kontrol etmeyi mümkün kılıyor – 1 Newton, bir parmağın bir kaleme tıklama kuvvetine karşılık geliyor. Bu, insan yapımı, kendi kendini bir araya getiren DNA tabanlı bir nesnenin ilk kez bu doğrulukla kuvvet uygulayabilmesidir.
Ekip, robotu bir mekanoreseptörü tanıyan bir molekülle birleştirerek başladı. Bu, robotu bazı hücrelerimize yönlendirmeyi ve hücrelerin yüzeyinde lokalize hedeflenen mekanoreseptörleri aktive etmek için özel olarak kuvvetler uygulamayı mümkün kıldı.
Böyle bir araç, hücre mekanik duyarlılığında yer alan moleküler mekanizmaları daha iyi anlamak ve mekanik kuvvetlere duyarlı yeni hücre reseptörlerini keşfetmek için kullanılabileceğinden, temel araştırmalar için çok değerlidir. Robot sayesinde bilim insanları ayrıca kuvvet uygulandığında hücre düzeyinde birçok biyolojik ve patolojik süreç için anahtar sinyal yollarının hangi anda aktive edildiğini daha kesin olarak inceleyebilecekler.
Bellot, “Pikonewton kuvvetlerinin in vitro ve in vivo uygulanmasını sağlayan bir robot tasarımı, bilim dünyasında artan bir talebi karşılıyor ve büyük bir teknolojik ilerlemeyi temsil ediyor. Bununla birlikte, robotun biyouyumluluğu hem in vivo uygulamalar için bir avantaj olarak kabul edilebilir hem de DNA’yı parçalayabilen enzimlere karşı hassas bir zayıflığı da temsil edebilir. Bu yüzden bir sonraki adımımız robotun yüzeyini enzimlerin etkisine daha az duyarlı olacak şekilde nasıl değiştirebileceğimizi incelemek olacak. Robotumuzun, örneğin bir manyetik alan kullanarak başka etkinleştirme modlarını da bulmaya çalışacağız” dedi.
Kaynak : phys.org
