Oxford Üniversitesinde bilim insanları; tek tek proteinlerde, hatta uzun protein zincirlerinin derinliklerinde bile üç farklı post-translasyonel modifikasyonu (PTM’ler) tanımlayabilen bir nanopor teknolojisi geliştirdi. Bilim insanları, teknolojilerinin “hücre ve dokulardaki proteoformların envanterlerini derlemek için zemin hazırladığını” ileri sürdüler.
Teknoloji, Nature Nanotechnology dergisinde “Enzyme-less nanopore detection of post translational modifications within long polypeptides.” başlıklı bir makalede tanıtıldı. Makalede, tek moleküllü proteoform tanımlamasının uzun polipeptit zincirlerinin mimarisi hakkında bilgi gerektirdiği ve bu bilginin de zor olduğu kaydedildi. Katlanmış proteinleri katı hal nanoporlarından veya büyük boyutlardaki protein nanoporlarından geçirmek için yöntemler olmasına rağmen, bu yöntemler henüz bir polipeptit dizisi içindeki PTM’leri bulamamıştır. PTM’leri tespit eden yöntemler bunu yalnızca kısa peptitler içinde yapabilmiştir.
Oxford bilim insanları makalelerinde yaklaşımlarını tanımladılar: “1.200’den fazla kalıntıya sahip tekil polipeptitlerin enzimatik olmayan biçimde yakalanması, açılması ve translokasyonu için tasarlanmış yük seçici bir nanoporda elektro-osmoz kullanıyoruz. Etiketsiz tiyoredoksin poliproteinleri, C veya N terminalinden birim birim meydana gelen yönlü eş-yerleşimli açılma ile nanopor boyunca taşınır. Denatüre edici olmayan konsantrasyonlardaki kaotropik reaktifler analizi hızlandırır.”
Bilim insanları nanopor DNA/RNA sekanslama teknolojisini detaylandırdı. Bilim insanları özellikle, 3D proteinleri yakalayıp lineer zincirler halinde açmak ve bunları tek bir amino asidin geçişine izin verecek kadar geniş olan porlardan beslemek için yönlü bir su akışı kullandılar. Yapısal varyasyonlar, nanopor boyunca uygulanan bir elektrik akımındaki değişikliklerin ölçülmesiyle belirlendi. Farklı moleküller akımda farklı bozulmalara neden olarak onlara benzersiz bir imza kazandırdı.
Ekip, yöntemin üç farklı PTM modifikasyonunu (fosforilasyon, glutatyonilasyon ve glikozilasyon) tespit etmedeki etkinliğini başarıyla gösterdi. Bunlar, protein sekansının derinliklerindeki modifikasyonları içeriyordu. Daha da önemlisi, bu yöntem etiket, enzim veya ek reaktiflerin kullanılmasını gerektirmiyor.
Araştırma ekibine göre, yeni protein karakterizasyon yöntemi mevcut taşınabilir nanopor sekanslama cihazlarına kolaylıkla entegre edilerek, araştırmacıların tek hücrelerin ve dokuların protein envanterlerini hızlı bir şekilde oluşturmalarını sağlayabilir. Bu da kanser ve nörodejeneratif hastalıklar da dahil olmak üzere hastalıklar ile ilişkili spesifik protein varyantlarının kişiselleştirilmiş tespiti için hasta başı tanıların geliştirilmesine olanak sağlayabilir.
Oxford Üniversitesi’nde Organik Kimya Doçenti ve mevcut çalışmanın yazarlarından biri olan Yujia Qing, “Bu basit ama güçlü yöntem çok sayıda olasılığın önünü açıyor” dedi. “Başlangıçta, belirli hastalıklarda rol oynayanlar gibi tek tek proteinlerin incelenmesine olanak tanıyor. Uzun vadede ise yöntem, hücrelerdeki protein varyantlarının genişletilmiş envanterlerini oluşturma potansiyeline sahip olup, hücresel süreçler ve hastalık mekanizmalarına ilişkin daha derin içgörülerin kilidini açacaktır.”
Mevcut çalışmanın diğer sorumlu yazarı, Oxford Üniversitesi’nde Kimyasal Biyoloji Profesörü ve Oxford Nanopore Technologies’in kurucularından biri olan Hagan Bayley’dir.
Bayley, post-translasyonel modifikasyonları ve diğer protein varyasyonlarını tek molekül düzeyinde saptama ve tanımlama becerisinin “hücresel işlevler ve moleküler etkileşimler konusundaki anlayışımızı ilerletmek için büyük umut vaat ettiğini” belirtti.
Bunun “kişiselleştirilmiş tıp, teşhis ve terapötik müdahaleler için yeni yollar açabileceğini” de sözlerine ekledi.
Çalışmanın yazarları, hücresel proteinleri ve bunların milyonlarca varyantını tek molekül düzeyinde analiz edecek teknolojilerin, biyolojinin daha önce bilmediği önemli bilgileri ortaya çıkaracağını vurguladı.
İnsan hücreleri yaklaşık 20.000 protein kodlayan gen içermesine rağmen, hücrelerde gözlemlenen gerçek protein sayısı çok daha fazladır ve 1.000.000’dan fazla farklı yapı bilinmektedir. Bu varyantlar, DNA’dan kopyalandıktan sonra proteinlerde meydana gelen yapısal değişiklikler olan PTM’ler aracılığıyla üretilir. Bir proteini oluşturan tek tek amino asitlere kimyasal grupların veya karbonhidrat zincirlerinin eklenmesi gibi bu değişiklikler, aynı protein zinciri için yüzlerce olası varyasyonla sonuçlanır.
Bu değişkenler, tek tek hücrelerdeki karmaşık biyolojik süreçlerin hassas bir şekilde düzenlenmesini sağlayarak biyolojide çok önemli roller oynar. PTM’lerin haritalanması, hücresel işlevleri anlamamızda devrim yaratabilecek çok sayıda değerli bilgiyi ortaya çıkaracaktır. [1]Single-Protein Nanopore Method Detects Post-Translational Modifications[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Single-Protein Nanopore Method Detects Post-Translational Modifications |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
