Hücreler, binlerce molekülün yoğun bir şekilde etkileşimde bulunduğu karmaşık ve dinamik ortamlardır. Ancak, bilim insanları bu moleküler etkileşimlerin çoğunu gerçek zamanlı olarak gözlemleyebilecek güvenilir bir yönteme sahip değildi.
Şikago Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hücre içindeki daha önce görünmeyen enzim aktivitelerini görüntülemeye olanak tanıyan yeni bir yöntem geliştirmişlerdir. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlanan bu çalışma, hücrelerin bilgi işleme süreçlerinin anlaşılmasına yönelik yeni kapılar açmaktadır. Bu gelişme, ilaçların nasıl çalıştığını veya neden başarısız olduğunu anlamada önemli rol oynayabilir; çünkü hücresel sinyallerin tam olarak nerede gerçekleştiğini gerçek zamanlı olarak gösterir.
Gary Mo, bu çalışmanın ortak yazarı ve UIC’deki farmakoloji, rejeneratif tıp ve biyomedikal mühendisliği alanlarında doçenttir. “Hücrenin kullandığı çok küçük moleküler özellikleri için harika bir pencere keşfettik,” diyor Mo. Bu çalışma, Kriti Srivastava, Kevin P. Schnur ve Kay Petruzzi tarafından da yapılmıştır.
Biyosensör Görüntülemesinin Bazen Neden Başarısız Olduğu
Bilim insanları uzun zamandır, hücre içindeki olayları algılayan floresan moleküller olan biyosensörleri kullanmaktadır. Srivastava, “Bir biyosensör, hücredeki çevresel değişiklikleri algılayabilen herhangi bir şeydir,” diyor. Eğer bir hücre bir şehir ise ve her molekül şehrin sakinlerinden biri ise, biyosensörler bu insanların ne yaptığını takip eden özel dedektiflerdir. Onlar, yaşayan bir hücrede neler olup bittiğini anlatan moleküler göz ve kulaklardır.
Biyosensörler pozitif veya negatif olabilir; yani hücredeki olayları algıladıklarında ya “parlarlar” ya da “karanlıklaşırlar”. Ne yazık ki, negatif biyosensörler genellikle bilim insanları için kullanışlı olmamıştır.
Mo’nun açıklamasına göre, sorunun nedeni yeşil bir arka planın önünde yeşil giymek gibidir: önemli ayrıntılar kaybolur. “Bu biyosensörler karardığı için, bazı ön plandaki bölgeler, yani olayların gerçekleştiği yerler, arka plana karışır,” diyor Mo. Sonuç olarak, yüksek enzim aktivitesine sahip bölgeler, yanlışlıkla aktivite bulunmayan bölgelerle aynı görünebilir.
Kullanılamayan Sinyalleri Açık Görüntülere Dönüştürmek
Bu sorunu çözmek için, UIC ekibi “Fluctuation Increase Negated by Intra-Chain” (FINICI) olarak adlandırdıkları bir teknik geliştirdiler. Bu yöntem, her negatif biyosensörün optik okumasını pozitif ve okunabilir hale getirir. Böylece araştırmacılar, yeniden tasarlamak zorunda kalmadan mevcut negatif biyosensörleri kullanabilirler; bu da yıllar alabilir.
FINICI’yi kullanarak, ekip üç molekülün aktivitesini görüntülemiştir: Src kinaz, Syk kinaz ve cGMP. Src kinaz, kanser ve hücre hareketi ile ilişkili bir proteindir. Ekip, bu proteinin hücre zarlarının küçük bölgelerinde, özellikle kolesterol açısından zengin lipid raflarında aktivite patlamaları bulmuştur. Bu aktif bölgelerin bazıları kısa süreliğine ortaya çıkıp kaybolurken, diğerleri daha uzun süre devam etmiştir; bu farklılıklar geleneksel, tüm hücre ölçümlerinde görünmezdir.
Ekip ayrıca, cGMP adı verilen sinyal molekülünün küçük kümeler halinde bulunduğunu ve bu kümelerin hızla yayılıp ortadan kalktığını gözlemiştir. Bağışıklık hücrelerinde, Syk enzimi hücrenin iç iskeletine yakın bölgelerde daha aktifken, onu aktive eden reseptörlere yakın bölgelerde daha az aktiftir.
Bu bulgular birlikte, kritik sinyallerin kontrolünün moleküllerin hücredeki konumuna bağlı olduğunu göstermektedir; tıpkı emlakta olduğu gibi, konum çok önemlidir. “İş yapmak için odada olmak gerekir,” diyor Mo. “Bir enzim aktif olsa bile, doğru yerde değilse işini yapamaz.”
Mo ve Srivastava’nın açıklamasına göre, bu bulguların etkileri laboratuvarın ötesine geçmektedir. Birçok ilaç, enzimleri ve sinyal yollarını hedeflemek üzere tasarlanmıştır ve etkinlikleri bu konum meselesine bağlı olabilir. “Hücre sinyallemesi ilaçların nasıl çalıştığını belirler,” diyor Mo. İlaç molekülleri doğrudan hücrelerinizdeki moleküllerle etkileşime girir ve bu ayrıntıları görselleştirmek, bunların nasıl çalıştığını anlamak ve iyileştirmek için önemli bir adımdır.
Bu çalışma, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlanmıştır: Srivastava, K., et al. (2026). Directly adopting inverse biosensors to image live cell enzyme activities in nanodomains. DOI: 10.1073/pnas.2531118123.
Kaynak: News-Medical