Protein Kristalizasyonu İçin Geliştirilen Yeni Yöntem
Resim: Gömülü proteinlere sahip bir zarın (membran) sanatsal temsili: ETH Zürih (İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü) araştırmacıları, bu tür moleküllerin yapılarının anlaşılmasına ivme kazandıracak bir yöntem geliştirdiler.
ETH araştırmacıları, büyük membran (zar) proteinlerinin yapılarını belirlemek amacı ile bu proteinlerin kristalizasyonu için yeni bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem, biyolojik araştırmalara ve ilaç endüstrisine yarar sağlayacaktır.
Membran-gömülü proteinler, hücrelerin ve herhangi bir yaşam formunun önemli bir parçasıdır. Bu proteinler pek çok farklı türde bulunmakla birlikte, aynı zamanda hücre içi iletişim ve maddelerin hücre içine veya dışına taşınmasından bağışıklık tepkisine aracılık etmesine kadar geniş bir yelpazede işlev göstermektedir. Membran proteinleri, önemli terapötik (tedavi edici) ve tanısal (tıbbi teşhiste kullanılan) yapılar olarak görülmektedir. Bu proteinlerin yapıları ve işlevleri bilindiği takdirde, farmasötik araştırmacılar, hedeflenen biçimde bu fonksiyonları etkileyen aktif maddeleri geliştirebilirler.
Ancak, araştırmacıların ilk olarak bu büyük molekülleri izole etmeleri ve izole edilen moleküllerden kristaller yapılar oluşturmaları gerektiği için membran proteinlerinin yapısını açıklamak bugüne kadar çok zor olmuştur. Burada yer alan zorluk: membran proteinlerinin su içerisinde çözünmemesi ve standart yöntemler kullanılarak kristalize edilmek için genellikle çok büyük ve heterojen moleküller olmalarıdır.
Son zamanlarda, ETH Zürih’te Gıda ve Yumuşak Malzemeler Profesörü Raffaele Mezzenga önderliğindeki bir araştırma grubu, bu sınırlamaları ortadan kaldırmak için çalışmaktadır. Nature Communication dergisindeki bir yayında, herhangi bir tür ya da boyuttaki (uzunluktaki) membran proteinlerini kristalize etmek için kullanılabilecek olan genel bir yöntem, bu araştırma ekibi tarafından sunulmuştur.
Reaksiyon Odası Olarak Lipit-Su Karışımı
Bu yeni yöntemin temelleri, 1990’larda ‘mezo kristalizasyonu’ olarak adlandırılan bir yöntem ile atılmıştır: proteinler, lipidik mezofaz olarak bilinen kararlı su-lipit karışımları kullanılarak izole edilir ve konsantre(derişik) hale getirilir. Bu tür mezofazlarda, kendiliğinden yürüyen proses, biyomembranlarda olduğu gibi duvarları lipitlerden oluşan bükülmüş su kanallarının üç boyutlu ağına sebep olmaktadır. Bu su kanalları genellikle 3-4 nanometre çapındadır ve ağın temel kübik motifi düzenli aralıklarla tekrarlanır.
Bu tür kanallarda, membran proteinleri, hidrofobik kısımlarını kullanarak kendilerini duvarın içerine yerleştirirler ki aksi takdirde hücre zarı içerisinde kalırlar. Proteinin geri kalan kısmı, su kanallarının iç tarafında yer alır ve proteinler yeniden yapılandıktan sonra kristallenmeye başlayabilirler. Geçmişte, bu kanallar sadece küçük membran proteinlerinin kristallenebileceği kadar az yer sundukları için büyük proteinler ezilmiş ve kristal formda elde edilememiştir.
Resim: MP:su’dan (solda) oluşan Pn3m kübik mezofaz, GLIC protein yapısı (ortada) ve DSPG:MP:sudan (sağda) oluşmuş oldukça şişkin Pn3m kübik mezofazda GLIC proteininin mezo kristalizasyonu şematik gösterimi.
ETH araştırmacıları, kanalları genişletmek için bir püf noktasından yararlandılar: elektrik yüklü lipitlerin küçük bir kısmını lipitlerle karıştırdılar. Bu sayede moleküller birbirlerini itti ve böylece kanalları şişirdiler ve kanal çapları 20 nanometreye kadar genişledi. Her ne kadar lipit mezofazlardaki su kanallarını elektrostatik olarak şişirmek (genişletmek) için yapılan ilk girişimler 2000’li yılların başına kadar uzanmakta ve son zamanlara kadar düzenli olarak devam etmiş olsa da, yapılan bu araştırma, bu stratejinin bir yöntem içerisinde evrimini gösteren ilk çalışmadır.
Mezzenga ve ekip arkadaşları, bu şişmiş lipidik mezofazlar sayesinde, büyük membran(zar) proteinlerini kristal formda elde etmeyi başardılar ve sonrasında bu proteinlerin yapılarını açığa çıkardılar.
ETH araştırmacıları, bu yöntemi, bakterilerden gelen GLIC (Gloeobacter ligand-gated ion channel) adı verilen membran proteini üzerinde uyguladılar. GLIC, hücrenin dış kısmında bulunan bakteriyel membranın dışında uzanan farklı büyük alt birimlere sahiptir. Bu alanlar çok büyük oldukları için geçmiş yıllarda bu kompleksin kristallendirilmesi amacıyla farklı bir yöntem kullanıldı. Mezzenga, ‘’Uyguladığımız prosedür sadece kristalizasyonu iyileştirmekle kalmadı aynı zamanda bu protein için yeni bir kristalografik gruba ait son derece kompakt kristaller üretilmesini sağladı.’’ diyor. Bununla birlikte araştırmacılar, bu kanal proteinini kendi kapalı konfigürasyonunda ilk kez kristallendirebilmeyi başardılar. Bu zamana kadar araştırmacılar, kullandıkları farklı bir yöntem ile bu kompleksi sadece açık bir halde kristallendirebilmişlerdi.
Yapısal Aydınlatma için Beklenen Artış
Bu yeni ‘genelleştirilmiş mezo’ yönteminin, özellikle şimdiye kadar büyük membran proteinlerinin yapısını aydınlatmak için çabalayan yapısal biyologlar tarafından büyük ilgi görmesi muhtemeldir. Mezzenga,’’ Bu yeni yöntem, daha önce ulaşılamayan proteinlere ulaşabilmenin önünü açtığı için protein yapılarının aydınlatılmasına ivme kazandıracaktır.’’ diyor.
Şu anda, bilim adamları tarafından sadece 360 küçük membran proteininin yapısı yada tüm membran proteinlerinin yedide biri kesin olarak bilinmektedir. Kalan pek çok zar proteininin yapısı hala bilinmemektedir.
Mezzenga’ya göre, bu araştırma ilaç endüstrisi için de faydalı olabilir. Mezzenga, ‘’ Protein yapılarını belirleme yeteneği, yeni ilaçların geliştirilmesi için büyük önem taşıyor.’’ diyor. ‘’ Bu yöntem, ilaç gelişimini önemli derecede kolaylaştıracak ve bu alana yeni bir ivme kazandıracak.’’
Kaynak : phys.org
