Hücrelerin RNA ve DNA Moleküllerini Nasıl Ayırt Ettiklerine Dair Tarihî Gizem Çözüldü

Yazan:  Anjali A. Sarkar

Çeviren: Çisem Özge Biçer

Düzenleyen: Ümit Sözbilir

Özet: Turku Üniversitesi ile Pensilvanya Eyalet Üniversitesinden bilim insanlarının oluşturduğu araştırma ekibi, yaşayan hücrelerin RNA ve DNA moleküllerini nasıl seçtiklerine dair şimdiye dek cevaplanamamış soruları aydınlatarak biyoloji ve eczacılık adına birçok gelişmenin önünü açtı.

Bilim insanları; yaşayan hücrelerin, bütün yaşam biçimlerinin kalıtsal bilgisini ihtiva eden RNA ve DNA olmak üzere iki tür nükleik asidi nasıl seçtiklerine dair uzun süredir gizemini koruyan bir konuyu aydınlattılar. Hücrelerin, bu iki nükleik asidin bireşimi için kullanılan birbirlerinin hemen hemen özdeşi yapı taşlarını nasıl ayırt ettiklerine dair tarihî gizemin içyüzünü tespit etmek DNA’daki kalıtsal şifreye göre RNA bireşiminde görevli enzimler olan viral RNA çoğuzlaştırıcılara (polimeraz) karşı daha tesirli ve daha seçici engelleyiciler (inhibitör) tasarlamak adına yararlı olabilir.

Bulgular, Finlandiya’daki Turku Üniversitesinden ve Amerika’daki Pensilvanya Eyalet Üniversitesinden bilim insanlarının oluşturduğu uluslararası ekip tarafından Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Kalıtsal bilginin işlenmesi ve böylece yaşayan hücrelerde yapısal ve işlevsel işleyişin yürütülebilmesi için gerekli proteinlerin üretilmesini sağlayan RNA molekülünün bireşimi “RNA çoğuzlaştırıcı” enzimleri aracılığıyla gerçekleşirken kalıtsal bilginin nesilden nesle eksiksiz bir şekilde aktarımı için DNA molekülünün bireşimi “DNA çoğuzlaştırıcı” adlı enzimler aracılığıyla gerçekleşir.

RNA ve DNA  çoğuzlaştırıcıların karşı karşıya kaldıkları esas sorun, DNA ve RNA moleküllerinin yapı taşlarını birbirlerinden ayırt etmenin son derece zor olması. RNA yapı taşlarındaki halkasal yapının ikinci pozisyonunda mevcut olan bir hidroksil grubunun (2’OH grubu) DNA yapı taşlarındaki halkasal yapıda bulunmaması gibi küçük bir farklılık hariç bu yapı taşlarının özdeş oldukları söylenebilir.

DNA çoğuzlaştırıcı enzimler; iç kısımlarında enzimatik etkilerinin gerçekleştiği, yalnızca görece küçük olan DNA yapı taşlarının girişini mümkün kılan ancak RNA yapı taşlarının halkasal yapılarındaki 2’OH gruplarından ötürü görece büyük olmalarından mütevellit RNA yapı taşlarının girişinin mümkün olmadığı özel bir bölüme sahip olduklarından RNA yapı taşlarını işleyemezler. Bu nedenle yalnızca DNA yapı taşları DNA çoğuzlaştırıcı enzimdeki boşluğa bağlanabilirler ve büyüyen DNA çoğuz (polimer) zincirine katılabilirler.

Turku Üniversitesinde kıdemli araştırmacı olup bu çalışmanın üst düzey yazarı Dr. Georgiy Belogurov, “RNA yapı taşlarının yerleşeceği boşluğa görece küçük olan DNA yapı taşları her daim yerleşebileceğinden RNA çoğuzlaştırıcılar aynı yöntemden faydalanamaz.” diyor.

Şimdiye dek cevaplanamayan soru asıl burada doğuyor: RNA çoğuzlaştırıcılar, RNA zincirini inşa ederken nasıl oluyor da görece küçük olan DNA yapı taşlarını kullanmaktan kaçınıyorlar?

Başsorumlusu Belogurov olan araştırma ekibi, bu tarihî gizemi çözmek adına dikkatli bir şekilde tasarlanan değişinimler ile uyarlanmış RNA çoğuzlaştırıcıları kullanarak karmaşık biyokimyasal ölçü yöntemleri uyguladılar. Pensilvanya Eyalet Üniversitesinden Dr. Katsuhiko Murakami öncülüğündeki araştırma ekibi ise DNA yapı taşlarının beraberliğindeki RNA çoğuzlaştırıcı enzimlerin üç boyutlu yapısına dair veriler sağladılar.

Bu çalışmanın başyazarı olan doktora adayı Janne Mäkinen ve çalışma arkadaşları, edinilen biyokimyasal ve yapısal verilerin birleşik çözümlemeleri aracılığıyla RNA çoğuzlaştırıcıların etkin kısımlarındaki boşluğun DNA yapı taşlarını eğrilttiğini ve böylece bu yapı taşlarının RNA zincirine dâhil olamadığını keşfettiler.

Mäkinen, “Şekli bozulan DNA yapı taşları, büyüyen RNA çoğuz zincirine katılmak yerine RNA çoğuzlaştırıcılardan ayrılır.” diyor.

Belogurov, “COVID-19 etkeni SARS-CoV-2 gibi RNA virüsleri de döngülerinin bulaşı dönemlerinde RNA bireşimi gerçekleştirebilir. RNA virüsleri, insan RNA çoğuzlaştırıcılarından son derece farklı olan kendi viral RNA çoğuzlaştırıcılarını kullanıyor olsalar da tıpkı insan RNA çoğuzlaştırıcıları gibi viral RNA çoğuzlaştırıcıları da RNA yapı taşlarını seçip ayırırken DNA yapı taşlarını reddederler.” diyor.

Çalışma; viral RNA çoğuzlaştırıcılar  ile insan RNA çoğuzlaştırıcıların, farklı düzenekler kullanarak DNA yapı taşlarını reddettikleri sonucunu sunuyor. Neticede bulgular, viral RNA çoğuzlaştırıcılara bağlanabilen ve onları engelleyebilen ancak insan RNA çoğuzlaştırıcıları tarafından reddedilecek ve böylece insan hücrelerinin gereksinim duyduğu RNA moleküllerinin bireşimini bozmayacak bileşimli (sentetik) DNA yapı taşları tasarlamanın mümkün olduğunun göstergesi nitelikte.

Belogurov, “Bu sonuç, viral RNA çoğuzlaştırıcıları hedef alan tesirli ve seçici antiviral ilaçların tasarlanmasının önünü açıyor.” diyor.