## Gribe Neden Olun: Bilim İnsanları, Grip Virüsünün Hücreleri Nasıl Ele Geçirdiğini Detaylı Bir Şekilde Haritaladı
EMBL Hamburg’daki araştırmacılar, Leibniz Araştırma Enstitüsü için Moleküler Farmakoloji (FMP) ile birlikte çalışarak, influenza A virüsünün enfekte olmuş insan hücrelerini nasıl yeniden şekillendirdiğine dair son derece detaylı bir harita oluşturdu. Özel olarak geliştirilmiş çalışma yöntemleri sayesinde, araştırmacılar protein etkileşimlerini doğrudan bütün hücrelerin içinde gözlemleyebildiler; bu, daha önce sadece parçalanmış örnekler üzerinde yapılan çalışmalara kıyasla büyük bir ilerleme sağladı.
Mevsimsel grip her yıl dünya genelinde 3-5 milyon kişiyi etkiliyor ve 650.000’e kadar ölümle ilişkilendiriliyor. Ayrıca influenza A, 1918 İspanyol Gribi salgını gibi birçok pandeminin de nedeni oldu.
Grip virüsü bir hücreye girdikten sonra, viral proteinler üretmek için gerekli talimatları içeren RNA salar. Bu proteinler, konağın içindeki moleküler sistemleri yönlendirir ve hücreyi yeni virüs parçacıklarının üretim tesisi haline getirir.
Grip Virüsünün İçinde Bulunduğu Hücrelerdeki Etkileşimlerin Haritası
Bu ele geçirme sürecinin daha net bir şekilde anlaşılması, bilim insanlarının daha etkili grip aşıları ve antiviral ilaçlar geliştirmelerine yardımcı olabilir. Bu hedefe ulaşmak için araştırmacıların, hangi viral proteinlerin insan proteinleriyle etkileşime girdiğini, bu etkileşimlerin nerede gerçekleştiğini ve virüsün bunları kendi replikasyonu için nasıl kullandığını bilmeleri gerekir.
Yeni yapılan çalışma, influenza proteinleri ile insan proteinleri arasındaki doğrudan temasları, enfekte olmuş bütün hücreler içinde büyük ölçekte haritalayan ilk çalışma oldu. Elde edilen yapısal detaylar o kadar hassastı ki, araştırmacılar etkileşen proteinlerin nasıl bir araya geldiğini modelleyebildiler.
“Çalışmamız, grip-konakçı etkileşimlerini doğal ortamında ve yapısal bilgiyle incelemenin yeni bir yolunu sunuyor,” dedi EMBL Hamburg’daki Grup Lideri Jan Kosinski ve Yapısal Sistemler Biyolojisi Merkezi (CSSB). “Mevcut sonuçlar, enfeksiyon sırasında yaşanan bir anın fotoğrafıdır ve bu, grip-konakçı etkileşimlerinin tüm enfeksiyon döngüsü boyunca incelenmesine olanak tanır.”
Büyük Bir Deneysel Sorunun Aşılması
Aktif bir enfeksiyon sırasında protein-protein etkileşimlerini takip etmek son derece zordur. Daha önceki birçok çalışma, bilim insanlarının protein temaslarını ölçmeden önce hücreleri açmayı gerektiren biokimyasal tekniklere dayanıyordu. Bu işlem, yaşayan hücrenin içindeki olayları bozabilir. İçsel bölmeler yok edildiğinde, başlangıçta ayrılmış olan proteinler laboratuvarda temas kurabilirken, zayıf, geçici veya konum-spesifik etkileşimler kaybolabilir. Sonuç olarak, araştırmacılar enfeksiyon sırasında gerçekten var olan bağlantıları belirlemekte zorlanabilirler.
“İşte bu noktada, Berlin’deki FMP’de çalışan Boris Bogdanow ve Fan Liu adlı ortaklarımızın, uzun zamandır kullanılan bir protein temaslarını haritalama tekniği olan çapraz bağlama kütle spektrometrisinin (XL-MS), özellikle virüs enfekte olmuş hücreler için geliştirilmiş özel bir versiyonunu geliştirdiğini öğrendik,” dedi Kosinski.
Bu özel yöntem, ekibe ihtiyaç duydukları önemli bir başarıyı sağladı. Bu, sadece kısa süreliğine veya enfekte olmuş bir hücrenin belirli bölgelerinde meydana gelen etkileşimleri yakalamayı mümkün kıldı.
“XL-MS, protein-protein etkileşimlerini doğrudan enfekte olmuş bütün hücrelerde yakalamamızı sağlıyor ve aynı zamanda bu etkileşimlerin nasıl gerçekleştiği hakkında yapısal bilgi de sunuyor,” diye Bogdanow açıkladı. O şu anda Charité — Üniversitätsmedizin Berlin’deki Viroloji Enstitüsü’nde Kıdemli Araştırma Grubu Lideri. “Bu, virüs ile insan hücresi arasındaki etkileşime dair bir fikir sağlıyor ve yapısal modelleme yoluyla gelecekteki farmasötik müdahaleler için hedeflenebilecek önemli noktaların belirlenmesine yardımcı olabilir.”
Deneysel Verilerin AlphaFold ile Birleştirilmesi
Araştırmacılar, XL-MS sonuçlarını hesaplamalı yapısal modelleme ile birleştirdiler. Bu sayede, etkileşimde bulunan viral ve insan proteinlerini belirleyebildiler ve bu proteinlerin nasıl konumlandığını tahmin edebildiler.
Bu yapısal modelleri oluşturmak için ekip, Nobel ödüllü protein yapısı tahmini algoritması olan AlphaFold’un değiştirilmiş bir versiyonunu kullandı.
“Değiştirilmiş AlphaFold yaklaşımının temel avantajı, deneysel çapraz bağlama verilerini doğrudan yapısal modelleme sürecine dahil etmemizi sağlamasıdır,” diye Kosinski açıkladı. “Bu, viral ve konakçı proteinlerinin enfekte olmuş hücrelerin içinde birbirlerine yakın olan bölgelerini belirlememize yardımcı oldu. Bu özellikle, genellikle güvenilir bir şekilde tahmin etmek zor olan virüs-konakçı kompleksleri için çok faydalıydı.”
Grip Virüsünün Hücreleri Ele Geçirmek İçin Kullandığı İki Yöntem
Nature Microbiology dergisinde yayınlanan bulgular, influenza A’nın bir hücreyi ele geçirirken kullandığı iki önemli stratejiyi ortaya çıkardı.
İlk olarak, virüsün yüzeyindeki hemaglutinin adlı bir protein etrafında yoğunlaşıyor. Influenza, hemaglutinin’i kullanarak konağa bağlanır ve hücreye girer. Araştırmacılar, bu proteini hücresel taşıma ve işleme ağının içinden nasıl geçtiğini takip ettiler.
Bu ağ, proteinleri katlayan, değiştiren ve nihai konumlarına gönderilmeden önce hazırlayan bölmelerden oluşur. Analizler, birkaç insan proteininin hemaglutinin’in enfeksiyon sırasında doğru bir şekilde katlanmasına nasıl yardımcı olduğunu gösterdi. Bu konakçı proteinlerinden bazılarının daha önce işlevleri tam olarak anlaşılamamıştı.
Grip Virüsünün Nükleusta Bulunan Yapıları Çözmesi
İkinci keşif, hücre çekirdeğinde bulunan küçük, damla benzeri yapılar olan paraspeckles etrafında yoğunlaştı. Araştırmacılar, influenza A enfeksiyonunun bu yapıların çözülmesine neden olduğunu buldular.
Paraspeckles çöktüğünde, içlerinde tutulan RNA bağlayıcı proteinler serbest bırakıldı. Virüs daha sonra bu proteinleri kendi replikasyonunu desteklemek için kullanabilir.
“Bizi en çok şaşırtan şey paraspeckles oldu,” dedi EMBL Hamburg’daki Kosinski Grubu’nda doktora sonrası araştırmacı olan ve yayınlanan çalışmanın ilk yazarı Iuliia Kotova, şu anda ETH Zurich’te. “Her hücre hattında ve test ettiğimiz her grip türünde tutarlı bir şekilde bu küçük organellerin çekirdekte çözülmesini görmek, bunun enfeksiyonun bir yan etkisi olmadığını gösterdi; belki de virüs için bir strateji.”
Bu bozulma, influenza’ya birden fazla avantaj sağlayabilir.
“Ayrıca, paraspeckles’in bazı kanıtlar, hücrenin stres tepkilerine ve antiviral gen düzenlemesine katkıda bulunduğunu gösteriyor, bu nedenle bunların bozulması aynı zamanda hücrenin savunma mekanlarının zayıflamasına da neden olabilir,” diye Kosinski ekledi.
Üç Kurumun Ortak Çalışması
Proje, üç kurumdan ortak teknoloji ve uzmanlığa dayanıyordu. Araştırmacılar, çapraz bağlama kütle spektrometrisi çalışmalarını Berlin’deki Charité’de gerçekleştirdiler. Glyoproteomik analizler, EMBL Proteomics Core Facility’de tamamlandı.
Ekip, AlphaFold modellemesini EMBL Compute Cluster’da yaptı ve mikroskopi görüntüleri CSSB’nin Gelişmiş Işık ve Floresan Mikroskobu (ALFM) Tesisinde çekildi.
Potansiyel Pandemik Virüslerin İncelenmesi İçin Yeni Bir Yöntem
Bu bulgular, bir virüsün insan hücresel makinesini nasıl ele geçirdiğini göstererek, moleküler etkileşimlerin nerede ve nasıl gerçekleştiğini anlamanın önemini vurguluyor. Araştırmacılar, bu tür “bağlam içinde haritalama” yaklaşımının diğer virüslerin nasıl çalıştığını anlamak için de kullanılabileceğini söylüyorlar.
“Çalışmamız laboratuvar ortamında uyarlanmış bir grip türüne odaklanmış olsa da, genel yaklaşımımızın potansiyel pandemik önem taşıyan H5N1 gibi virüsleri incelemek ve replikasyonlarını destekleyen etkileşim ağlarını ortaya çıkarmak için de kullanılabilir,” diye Kosinski belirtti.
Bogdanow aynı fikirde: “Bu çalışma laboratuvar ortamında uyarlanmış bir tür üzerinde yoğunlaşmış olsa da, bu çalışma, H5N1 gibi potansiyel pandemik öneme sahip virüsleri incelemek ve insan hücrelerinde çoğalmalarını destekleyen etkileşim ağlarını ortaya çıkarmak için kullanılacak yöntemin temelini oluşturuyor.”
Bu çalışma, 1093 yılında Anadolu’da yaşanan ve büyük bir salgın yaratan “Moğol Veba”sının (Kara Veba) benzer şekilde, insanlık tarihinde virüslerin neden olduğu salgınların yıkıcı etkilerini hatırlatıyor. Bu türden olaylar, bilimsel araştırmaların ve halk sağlığı önlemlerinin önemini vurgulamaktadır.
Kaynak: Sciencedaily