Sentetik Organeller Kullanarak Hücre Davranışını Kontrol Etmek Mümkün!

Ökaryotik hücrelerin içerikleri, çeşitli bölmelere ayrılmış halde bulunur ve bu bölmelere, sıvı-sıvı faz ayrımı adı verilen bir süreç ile oluşan zarsız organeller de dahildir. Araştırmacılar, bu bölmelerin yapay versiyonlarını yaratmak üzerine deneyler yapmıştır; çünkü bu yolla hücre biyolojisinin belirli özelliklerini kontrol ederek, sonucunda örneğin bazı hücresel tepkimeleri engelleyebilir ya da protein translasyonu için yeni bölgeler oluşturabilirler.

Şimdi, Pennsylvania Üniversitesi Perelman Tıp Fakültesi'nden Matthew Good'un başında bulunduğu bir ekip, bu alanda yakın zamanda geliştirilen birkaç yeni yöntemi, tersine döndürülebilir bir şekilde hücre içindeki belirli kargoları depolayıp serbest bırakabilen zarsız organeller yaratmayı sağlayan bir teknik oluşturacak şekilde birleştirdi.^[1] Böylece araştırmacılar, artık hücre davranışını, öncesine kıyasla çok daha iyi kontrol edebilir oldular.

Organelleri oluşturabilmek için Good'un ekibi, laboratuvar ortamında önce maya, sonraki aşamalarda ise insan hücreleri üretti. Bu hücrelerin amacı, C. elegans kurdunun proteinlerden birinin hücre sitoplazmasında anında bir araya gelerek damlacık veya kondensat (ya da zarsız organeller) oluşturabilen, üzerinde oynanmış bir versiyonunu elde etmekti. Bunu takiben de bazı peptitleri bu yapay organellerin kargosu olarak işaretlemek isteyen araştırmacılar, bu peptitlerin bir etiket barındıran versiyonlarını üretmeleri için hücrelerin DNA'larını düzenledi (Etiket: kondensatı oluşturan proteinler ile etkileşen başka bir protein). Bu düzeneği flüoresan etiket ve mikroskopi kullanımı ile in vivo (canlı içinde) gözlemleyen ekip, etiketlenmiş kargo proteinlerinden %90'ı kadarının damlacıklara ayrıldığını keşfetti.

Işığı Açın!

Bunların devamında ise araştırmacılar, kendi buldukları tekniği kullanarak hücre davranışlarını kontrol etmeye başladı. Örneğin hücre bölünmesi için gerekli bir protein olan Cdc5'i etiketlediler ki organellerin içine alınsın ve hücrelerin bölünmesi engellensin. Ekip, aynı zamanda kargo proteinlerini kullanarak bu sürecin nasıl tersine döndürülebileceğini de gösterdi. Kondens proteinler ile etiketler arasındaki zayıf etkileşimleri kırmak amacıyla hücreleri biraz ısıtmak, kargonun serbest bırakılarak hücre davranışının sıfırlanmasını sağladı. Araştırmacılar buna ek olarak kargo ve etiketi arasında yer alan ışığa duyarlı bir proteini üretmeleri için genetik mühendisliğiyle hücreler oluşturdu. Bu protein aydınlanma ile zarar görerek kargonun damlacıktan bırakılmasına neden oluyor (yani hücre davranışı sıfırlanıp eski haline dönüyor).

The Scientist (© Thom Graves)

Almanya, Mainz Johannes Gutenberg Üniversitesi ve Mainz Moleküler Biyoloji Enstitüsünden bu çalışmada yer almamış olan biyofiziksel kimyager Edward Lemke şunları söylüyor:

Bu metotla hücresel sinyali gerçekten de etkileyebileceğimizi gösterdiler. Hücresel ürünleri ve kompleks hücre işlevlerini ya [belirli bir faktörü] bir köşeye yoğunlaştırarak ya da [hücrenin] köşesinden serbest bırakarak değiştirebiliyorsunuz... Sadece bunun mümkün olabildiğini göstermek bile bence çok havalı.

Lemke, bu tekniğin tek bir seferde birden fazla organel ve kargo çeşidi ile birden fazla hücrenin kaderini kontrol etmekte kullanılmasının ilginç olabileceğini ekledi. Kendi ekibi de yakın zamanda farklı sentetik organeller yaratarak benzer bir şey denedi:^[2] Organellerin aynı sitoplazma gibi birer protein translasyon bölgelerine dönüşmesini sağlayarak tek bir hücrede aynı proteinin birden fazla versiyonunu ürettiler.

Good, araştırmacının seçeceği herhangi bir hücre içi materyalin bu şekilde eşzamanlı olarak damlacıklara ayrımının çeşitli uygulamalarının olabileceğini belirtip bu altyapının bir çeşit yalıtkan modunda uygulanabileceğinden bahsediyor. Burada kastettiği ise aynı raporlarında anlatıldığı gibi belirli molekülleri damlacıklar şeklinde hapsetmek. Fakat, "organele yerelleşmiş bileşiklerin biyokimyasal tepkimelerini hızlandırmanın bir yolu olarak biyoreaktör modunda da uygulanabileceği"ne de değiniyor.

Araştırmacılar, ayrıca bu yaklaşımı kullanarak belirli biyokimyasal faktörleri sıralı olarak serbest bırakıp bırakamayacaklarını öğrenmek istiyorlar. Örneğin bu tekniğin kök hücrelerini yeniden programlayan güncel metotlar yerine hücre içi bir alternatif olarak kullanılması gibi. Şöyle diyorlar:

Test etmeye başladığımız şey, özgün faktörleri yeniden programlama sürecinde ayırıp serbest bırakmak.