Aziz Sancar'ın Bilime Katkıları: DNA Hasarı, Fotoliyaz Enzimi ve Biyolojik Saat

Aziz Sancar'ı hepimiz ''Nobel Ödüllü bilim insanı'' olarak tanısak da aslında yaşamı, meslek hayatı, çalışmaları ve çalışma disiplini ile çok daha fazlası. Hepimize ilham olan Türkiye'nin değerli bilim insanları arasında Aziz Sancar'la ilgili bu içerikte hayatı, doktora çalışmaları: fotoliyaz geninin klonlanması, DNA hasarı ve kriptokrom konuları ele alınacaktır.

Yakından Tanıyalım: Aziz Sancar Kimdir?

8 Eylül 1946 yılında Mardin'in Savur kasabasında, Abdulgani ve Meryem Sancar'ın yedinci çocuğu olarak dünyaya geldi. Aynı zamanda çocukluğu da Savur'da geçti. ''Çocukluğumun en güzel anıları ilkbaharda bahçemizde çiçek açan badem ve erik ağaçlarıdır.'' diyerek aslında ailesinin çiftçilikle uğraştığını belirtmekte. Anne ve babasının okuma bilmediğini ancak eğitime önem verdiklerini, çocuklarının tümünün eğitim alması için ellerinden geleni yaparak desteklediğini söylüyor. İlk eğitimini Mardin'de alarak favori derslerinin matematik, Türkçe, Fransızca ve kimya olduğunu belirtiyor. Mardin Lisesi futbol takımında, Mardin Mezapotamya Spor ve Savur Spor amatör takımlarında kaleci olarak görev yaptığı Genç Milli Futbol takımı denemelerine çağırıldığı biliniyor.

1963'te İstanbul Tıp Fakültesi'ni kazandı, 1969 yılında eğitimini sınıf birincisi olarak başarıyla tamamladı. Daha sonra Mardin'e dönerek Savur'da iki yıllık mecburi hizmet görevini sağlık ocağında yaptı. Texas Üniversitesi Moleküler Biyoloji alanında doktora yaptı. Ardından iki yıllık görevinden sonra burslu olarak John Hopkins Üniversitesinde biyokimya ile tanıştı. 1972 yılının Haziran ayında John Hopkins Üniversitesinden ayrılarak Savur'a tekrar döndü. Bir süreliğine hekimlik yaparak, ABD'ye geri dönme kararı aldı. 1973 yılında Texas Dallas Üniversitesi Biyoloji Programına kabul edildi ve 1974'te Dr. Rupert'in laboratuvarında göreve başladı.

Erciyes üniversitesi

Bilimsel kariyer basamaklarını başarıyla tırmanan Aziz Sancar, kırk yıllık ABD serüveninde DNA onarımı ve biyolojik saat konusunda dünyanın önde gelen bilim insanlarından biri olmayı başardı.

2015 Nobel ödülünü DNA onarım mekanizmasından biri olan ''Nükleotid Koparmalı Onarım'' mekanizmalarının işleyişini çözerek aldı. Farklı enzim ve proteinlerin olduğu bu onarım mekanizması, doğru çalışmadığı veya mutasyona uğradığı zaman insanlarda ''Xeroderma Pigmentosum'' adında genetik hastalık ortaya çıkartmaktadır.

Xeroderma Pigmentosum (XP) Hastalığı Nedir?

Bu hastalık genellikle akraba evlilikleri sonucunda dünyaya gelen çocuklarda görülüyor. Ultraviyole (UV) ışığının neden olduğu DNA hasarını onarma yeteneğinin azalmış olduğu ve Nükleotid Eksizyon Onarımı (NER) enziminin mutasyona uğradığı hastalık olarak biliniyor. Güneşe ve UV ışınlarına karşı hassasiyet artarak, deride derin lezyonlar oluşturur ve zamanla kansere çevirir. Türkiye'de de sıkça görülen bu hastalık, Aziz Sancar'ın meslek hayatında gördüğü ve çalışmalarının çıkış noktasının olduğunu bizlere düşündürtüyor.

Probiyotix.com

Aziz Sancar, bu hastalıktan yola çıkarak DNA'nın nasıl bozulmadan hayatta kalabileceğinin yanıtını bulan kişidir. Aynı zamanda geliştirdiği testle insan DNA'sı üzerinde hasarlı bölgelerin çevresindeki 27 nükleotidin nasıl kesilip atıldığını bulmuştur.

Kanser tedavisinde kullanılan ilaçların çoğu DNA'yı tahrip ediyor ve vücutta bulunan DNA onarım mekanizmaları, o kanser hücrelerinin yaşamasını sağlıyor. Biz bu mekanizmayı anlamak, aydınlatmak için bir çaba başlattık. Bu mekanizmayı anlayınca onu ''inhibe'' edip, kanser hücrelerinin normal hücrelerden daha önce öldürülmesini sağlayacağız. DNA onarımı mekanizmasını aydınlatmak, kanser tedavisi noktasında çok önemli. Gayemiz bu mekanizmayı açıklamak.

Fotoliyaz Nedir? Fotoliyaz Geninin Klonlanması Neden Önemli?

DNA, fiziksel etkenler sonucu bozulmaya uğrayabilir. Bu fiziksel etken Xeroderma pigmentosum hastalığında olduğu gibi UV ışınları olabilir. Bu ışınlarla, DNA'nın yapısı içinde bulunan Timin bazları arasında kovalent bağ ile Timin dimerleri oluşur. DNA fotoliyazlar ile dimerler kesilir ve oluşan hasar onarılmış olur. DNA dimerlerinin onarılmadığı durumlarda rekombinasyona (iki farklı kaynaktan gelen genetik elementler arasındaki materyallerin yer değişimi) neden olarak mutasyonların birikmesine ve zaman içinde kanserin oluşmasına neden olur.

Yapılan bir çalışmada E. coli (koli basili) bakterisi UV ışığa maruz bırakılır ve öldüğü gözlemlenir ancak UV'nin hemen arkasından görünür düzeyde ışık verildiğinde ölmüş olan E. coli bakterisi dirilir. Buna fotoliyaz tarafından gerçekleştirilen Fotoreaktivasyon adı verilir. Bu mekanizma Aziz Sancar'ın çalıştığı laboratuvara ismini veren bilim insanı Dr. Rupert tarafından keşfedilmiştir.

Fotoliyaz, ışık enerjisini kullanarak UV ışınları tarafından DNA üzerinde oluşmuş timin dimerlerini onarmak için mavi ışık fotonlarını kullanır. Bu keşifler sonucu mavi ışığın ölü hücreler üzerinde canlandırıcı etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. UV ışınları timin bazlarını ve iki tane primidin bazını bir siklobütan pirimidin dimerine (CDP) dönüştürmüştür. Mavi ışıkta aktivasyona giren fotoliyaz enzimi timin dimeri ve CDP'yi onararak geri kazandırmaktadır.

biomedya

Aziz Sancar ''Enzim ışığı nasıl algılıyor?'' sorusunun cevabını bulmak için yüksek miktarda ve saflıkta enzim üretti. Moleküler klonlama tekniği ile E. coli'nin fotoliyaz genini klonladı. Amplifiye (gen kuvvetlendirilmesi) ederek saflaştırılmış kromoforlarını (görünür ışığın belirli dalga boyu spektrumu içinde yansıtan nesne tarafından emilmeyen, enzime renk veren kısım) ve etki mekanizmasını tamamladı.

Zorlu süreçler ve birçok başarısız sonuçla karşılaştığı bu yolculuk, ona bilim insanı olma yolunda kilit bir rol oynamasına sebep oldu. Fotoliyaz enzimi eksik olan mutant bakteriyi izole etti. İzole ettiği mutantı kullanarak E. coli phr genini klonladı ve geni taşıyan plazmidi (dairesel veya çizgisel ekstrakromozomal replikasyon) tanımlamaya adım attı.

uvrA, uvrV ve uvrC genlerini klonlayarak bu genlerin kodladığı protein yapılarını radyoaktif izleyicilerle işaretlemek ve saflaştırmak için ''maksihücre'' yöntemini kullandı. Yaptığı bir gözlemde, saflaştırılmış proteinleri kullanarak in vitro (laboratuvar ortamında) yeniden oluşturmaya başladığında UvrABC nükleazı, birbiriyle uyumlu ikili kesimler yaparak dimeri taşıyan 12-13 nükleotid uzunluğundaki parçayı atıyordu. Enzime ''ABC ekzinükleaz'' adını vererek özelleştirdi. Böylece DNA onarım alanında büyük bir ses getirdi.

medikaynak

Fotoliyaz çalışmalarına bir süre ara veren Aziz Sancar, Chapel Hill Caroline Üniversitesinde kendi laboratuvarını kurarak çalışmalarına yeniden başladı. Kendisi ve laboratuvar arkadaşları enzimi yüksek miktarda üreterek saflaştırmayı başardılar. Aslında enzimin ışığı algılamak için bir değil, FADH ve MTHF olmak üzere iki etmeni olduğunu keşfettiler. Böylece fotoliyaz alanı kapsamında yeni bir kapı açıldı. 30 yıl boyunca iş birliği içinde olduğu bilim insanlarıyla birlikte fotoliyazın moleküler ana mekanizmasını tamamladı. Bu araştırmaların kesintili olarak 40 yıl sürdüğünü belirtiyor.

İkili Kesim: Yılın Molekülü

1987 yılında 20 yıldır çözümlenmemiş insandaki nükleotid kesip çıkarmalı onarım mekanizmasına yönlendi. 8 Kasım 1991'de çalışma mekanizmasının ikili kesime dayandığını fakat E. coli'de ki gibi olmadığını keşfetti.

Bu buluşundan sonra eşi Gwen Sancar'a şu sözleri söyledi: ''İnsanlar hakkındaki önemli bir gerçeği şu an bir ben biliyorum bir de Allah biliyor.'' Çalışma sonucunun açıklanması ile birlike DNA onarımının 1994 yılında Science dergisi tarafından ''Yılın Molekülü'' olarak seçildi.

DNA onarım sistemleri

• Doğrudan: Fotoreaktivasyon ve MGMT ile onarım.
• Dolaylı: Kesip - Çıkarma onarımı, Rekombinasyonel onarım ve Yanlış Eşleşme onarımı.

Kesip - Çıkarma onarımı ikiye ayrılır

1. Baz Kesip - Çıkarma onarımı (ing: ''Base Excision Repair'')
2. Nükleotid Kesip - Çıkarma onarımı (ing: ''Nucleotide Excision Repair'')

Kriptokrom ve Biyolojik Saat

Kriptokrom mavi ışığa duyarlı bitki ve hayvanlarda tepki düzenler. Flavoprotein sınıfında yer alır. Büyüme ve gelişmede önemli bir rol oynar. Hayvanlarda Sirkardiyen ritim denilen 24 saatlik aydınlık - karanlık, uyku - uyanıklık döngüsü, vücut ısısı, metabolizma, nörotransmitter sekresyonu gibi hormonların sentezinden sorumlu biyokimyasal ve davranışsal olayların düzenidir.

Bilim ve Tekno

Bu 24 saatlik süreçte rol oynayan 4 adet protein tarafından kontrol edildiği belirlenmiştir. Bu proteinler Kriptokrom (CRY), Periyod (PRY), CLOCK ve BMAL1'dir. Proteinlerin etkileşimi sonucu biyolojik saatin pozitif ve negatif döngüler ortaya çıkar.

Aziz Sancar, CRY'lerin sirkadiyan protein olup olmadıklarını test etmek için CRY1 ve CRY2 genlerinde mutasyon sonucu oluşturulmuş fareler elde ederek 28 günlük bir çalışma başlatmıştır. Deney, farelerin tekerlek çevirmelerini kayıt etmesi üzerine oluşmuştur. Fareler ilk hafta 12'şer aydınlık ve karanlıkta bırakılarak gözlemlendi ve sonraki 3 haftada ise sürekli karanlıkta bırakıldı.

Sonuç olarak beklendik bir durum ortaya çıktı. Fareler karanlıkta aktif aydınlıkta pasif (dinlenme) halindeydi. Bunun sebebi farelerin gece aktif olan hayvanlar arasında olmasıydı. Yabani fareler 23,7 saatlik periyotta ritmik bir şekilde aktif ve pasif dönem geçirmişti. CRY2 mutant fareler 24,7 ritim, CRY1 mutant fareler ise 22,7 günlük ritim gösterdi. Gözlemlenen bulgular sonucunda kriptokromların temel sirkadiyan proteini oldukları Aziz Sancar ve çalışma arkadaşları tarafından ispatlandı.

Ödülleri ve Başarıları

• ABD Ulusal Bilim Vakfı (National Science Foundation) Genç Araştırmacı Ödülü (1984)
• Amerikan Fotobiyoloji Derneği (American Society for Photobiology) Ödülü (1990)
• ABD Ulusal Sağlık Enstitüsü (National Institutes of Health) Ödülü (1995)
• TÜBİTAK Ödülü (1997)
• ABD Fen ve Sosyal Bilimler Akademisi (American Academy of Arts and Sciences) Ödülü (2004)
• ABD Ulusal Bilimler Akademisi Üyesi (2005)
• TÜBA (Türkiye Bilimler Akademisi) Ödülü (2006)
• Vehbi Koç Ödülü (2007)
• Nobel Kimya Ödülü (7 Ekim 2015)

Nobel Ödülü'nü Tomas Lindahl ve Paul Modrich adlı iki bilim insanıyla paylaştı.

Medikaynak

Sonuç

Aziz Sancar, Türkiye'nin en büyük ilham kaynaklarından biri olarak gerek hayatıyla gerek çalışmalarıyla Türk toplumunun saygı gösterdiği bilim insanlarından biridir. Ondan esinlenenler bilim için, akıl yolunda bir olmak için açtığı yoldan ilerlemektedir. Bizlere, bıraktığı önemli çalışmalarla ve hala yapmakta olduğu bilimle hepimize ışık tutuyor.

Aziz Sancar, çalışmanın ve emek vermenin önemini bizlere şu sözlerle vurguluyor:

Çoğu insan zekaya inanır, ben inanmıyorum; bizi birbirimizden ayıran emektir, ben çalışmaya inanıyorum.