Hücrelerin Motor Mekanizması: Yeni Bir Keşif, Potansiyel Tedaviler İçin Umut
Nerve hücreleri, binlerce başka hücreyle iletişim kuran dallara sahip devasa ağaçlara benzer. Bu hücrelerin düzgün çalışması için, hücrenin merkezinden uzak dalların uçlarına kadar acil yükü taşıyan bir motor proteini gereklidir. Bilim insanları, bu motor proteininin yeni bir yapısını ortaya çıkararak, hücrelerin onu nasıl kontrol ettiğini gösterdiler.
“Bu, hücrelerin motorlarını ne zaman ve nereye hareket ettirebileceğini anlamanın zirvesi,” diyor moleküler ve hücresel biyoloji alanında UC Davis’teki doçent olan başyazar Jawdat Al-Bassam.
Kinesin-1 proteini sinirlerde hayati öneme sahiptir. Eğer bu protein arızalanırsa, beyin hücreleri nörotransmitterlerin ve diğer yüklerin paketlerini ihtiyaç duyulan yerlere gönderemezler. Bu durum, felç, nöbet ve bilişsel bozukluklara yol açan hastalıklara neden olabilir.
Eş yazarlardan UC Davis’deki moleküler ve hücresel biyoloji profesörü Richard McKenney, keşfin, bu tedavisi mümkün olmayan hastalıklar için potansiyel tedavilerin önünü açabileceğini belirtiyor: “İlaç tasarlamak isteniyorsa, bu net yapılar büyük bir ilerleme sağlayacaktır. Bu, birçok yeni bilimsel soruyu da beraberinde getirecektir.”
Bir Protein Makinesinin Hassas Mekanizmaları
Kinesin-1, 1980’lerden beri biyologların ilgisini çekmiştir. Tall ve ince yapısıyla, kısa bacaklara sahip olan bu protein, “Büyücü’nin Stajyeri” adlı hikayedeki büyülü süpürgeye benzemektedir. Robot gibi hareket ederek, saniyede 100 adım atarak ilerler. Hücre içindeki uzun mesafeli ulaşım yolları olan mikrotübüller üzerinde hareket eder.
Bilim insanları, kinesin-1’in motorunun nasıl çalıştığını anlamışlardır; her adım, ATP adı verilen bir enerji molekülünün parçalanmasıyla sağlanır. Ancak, 40 yıldır cevaplanmamış önemli bir soru kalmıştır.
Süpürgenin Gizli Mekanizması
Al-Bassam ve ekibi, kinesin-1’in normalde kapalı durumda olduğunu biliyorlardı. Hücreler, MAP7 adı verilen bir proteini arkasına bağlayarak onu açarlar. Ancak, bu açma-kapama mekanizmasının detayları gizemini koruyordu.
Al-Bassam’ın ekibi, Md Ashaduzzaman liderliğinde, “kriyoelektron mikroskobu” adı verilen bir yöntem kullanarak, kapalı durumdaki proteinin binlerce fotoğrafını çekti. Bu görüntüleri birleştirerek, kinesin-1’in kapalı haldeki yapısının net bir resmini elde ettiler.
“Bu çok şaşırtıcı bir yapı,” diyor Al-Bassam.
Kapalı süpürge aslında ikiye katlanmış ve üst kısmı bacaklarının arasına sıkıştırılmıştı, böylece hareket edemiyordu. Süpürgenin bir yarısına bağlı olan bir bağlantı parçası, diğer yarısına bağlanarak, onu kapalı tutan bir “lastik bant” görevi görüyordu.
Bu katlanmış yapı, çift kilit görevi görerek bacakları hareketsizleştiriyor ve yükün bağlandığı bölgeyi kapatıyordu; böylece bacaklar hareket etse bile, taşıyabileceği hiçbir şey yoktu.
Al-Bassam ve McKenney, MAP7’nin kinesin-1’e bağlanarak onu açtığında, bu “lastik bandı” gevşettiğini keşfettiler. Bu durum, süpürgenin açılmasına, bacaklarının serbest kalmasına ve yükün bağlanabileceği üst kısmın ortaya çıkmasına neden oluyordu.
Yapıdan İlaç Geliştirmeye
Bu keşif, tüm hayvanlarda, bitkilerde, mantarlarda ve tek hücreli organizmalarda bulunan ilgili proteinler hakkında da ışık tutabilir. Ayrıca, amyotrofik lateral skleroz (ALS), Charcot-Marie-Tooth Hastalığı Tipi 2 ve Herediter Spastik Parapleji 10 gibi bazı tedavisi mümkün olmayan nörodejeneratif hastalıklar için de önemli çıkarımlar sunmaktadır.
Bu hastalıklarda, kinesin-1’deki mutasyonlar sıklıkla rol oynar ve bazıları, proteinin açılıp kapanmasını engelleyerek olumsuz etki gösterir. Şimdi, kinesin-1’in yapısının net bir resmini elde eden McKenney ve Al-Bassam, hücrelerin bu “süprgeyi” nasıl kontrol ettiğini inceleyebilirler.
“Mutasyona uğramış proteinlere bağlanarak hatalarını düzeltebilecek bir molekül tasarlamak mümkün olabilir,” diyor Al-Bassam.
Bu araştırma, Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edilmiştir ve UC Davis’deki Biyolojik Elektron Mikroskobu Kampüs Çekirdeği gibi gelişmiş bilimsel tesislerde gerçekleştirilmiştir.
Diğer ortak yazarlar arasında UC Davis Moleküler ve Hücresel Biyoloji Bölümü’nden Kyoko Okada ve Johns Hopkins Üniversitesi’nden Yuqi Tang ile Stephen Fried bulunmaktadır.
Kaynak: News-Medical