Canlı hücrelerin içini çevrelerinden ayıran, onları koruyan ve hücrenin temel işlevlerini yerine getirmesini sağlayan katman hücre zarı veya plazma zarı olarak bilinir. Bazı membran proteinleri, hücreleri hücre dışı uyaranlara karşı uyaran ve bakteri ve virüsler gibi istilacıları tespit eden nöbetçiler olarak görev yapar. Bu işlevleri nedeniyle, yeni kimyasalları ve modası geçmiş ilaçları yenilerine dönüştürmeyi amaçlayan eczacılığın bir dalı olan çağdaş eczacılığın neredeyse yarısı membran proteinlerini hedeflemektedir.
Membran Proteinleri Nedir?
Membran proteinlerini doğal ortamlarında araştırmak için bir platforma sahip olmak, bunu yapmak için çok önemlidir. Ancak günümüzde hücre ve moleküler biyolojideki en büyük sorunlardan biri, membran protein kompleksleri hakkında yapısal ve dinamik veri toplamaktır.
Mevcut bağımsız membran teknikleriyle oluşturulan kısa ömürlü ve kararsız membranlar, bu teknikleri dinamik biyolojik süreçleri incelemek için uygunsuz hale getirmektedir.
Yale Üniversitesi araştırmacıları Venkat Kalyna Sundaram, Manindra Bera ve Sathish Ramakrishnan tarafından yapılan ve Small dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada “çip üzerinde plazma zarı” oluşturulması ele alınmaktadır.
Yeniden kullanılabilir, programlanabilir silikon tabanlı bu teknoloji sayesinde sentetik ve hücre türevi membranlardaki lipid ve protein dinamikleri doğal ortamlarında görülebiliyor ve araştırılabiliyor.
“Hücresel plazma membranları, dış dünyayı hücresel ortamın dışında tutan lipidik bariyerlerdir. Kalyna Sundaram’a göre, membran proteinlerinin yardımıyla, bariyeri neyin geçeceğini düzenleyen kapı bekçileri olarak görev yaparlar. “Membran proteinleri tüm insan proteomunun üçte birinden fazlasını oluşturur ve iyon taşınması ve sinyalizasyon da dahil olmak üzere bir dizi süreç için gereklidir.”
Bu membranları bir cam veya mika substrat üzerine yerleştirmek, onları incelemenin bir yoludur, ancak bu yöntem, lipid ve protein difüzyonunu engelleyen kısıtlı bir ortam yaratan sulu bir bölmenin olmamasıyla sınırlıdır. Lipidlerin hücresel çift katmanlı yaprakçıklar arasındaki dağılımını yeniden yaratmanın zor olması da bu teknolojinin bir başka sınırlamasıdır.
Bera, “Lipid ve protein dağılımı hücrelerde asimetriktir; örneğin, iki membran yaprakçığının lipid ve protein içeriği farklıdır” dedi. Bunu in vitro olarak kopyalamak için çok sayıda girişimde bulunulmuş olsa da, sadece tek tük başarılar elde edilmiştir.
Bilim insanları bu sorunu, hücrelerden üretilen membranları kullanarak silikon bir platform üzerinde çift katmanlar oluşturarak çözdü.
Ramakrishnan şunları söyledi: “Büyük plazma zarı veziküllerinin insülin salgılayan hücrelerden, insan embriyonik böbrek (HEK) hücrelerinden ve nöroblastoma hücrelerinden toplanabileceğini ve çip üzerinde çift tabakalar oluşturabileceğini gösterdik. “Bunu yapmaktaki amacımız, bu proteinleri doğal ortamlarında araştırmak için bir platform oluşturmaktı. Böylece “çip üzerinde plazma zarı” adını aldık.
Ekip bunu başarmak için sıfırdan başlamak yerine hücrenin doğuştan gelen kapasitesini kullandı. Bunu yaparken, “protein işlevselliği için kritik olabilecek lipid mikro alanlarını koruyabilirken, aynı zamanda membran asimetrisini ve protein yönelimini de koruyabiliriz” dedi.
Membran-on-a-chip sisteminin toplam iç yansıma floresan (TIRF) mikroskobu kullanılarak incelenebilmesi avantajlarından biridir. Çalışma ekibi, yüksek sinyal-gürültü oranına sahip olduğu için bu tür bir mikroskobu kullanarak hedef proteinleri tek molekül hassasiyetiyle tanımlayabildi.
Ekip, bu yöntemi kullanarak tek tek floroforları (ışığı yansıtabilen floresan kimyasal moleküller) sayabildi ve araştırma sırasında ultra hızlı füzyonu gözlemleyebildi. Platform böylece canlı hücrelerde ilaç-protein etkileşimlerinin ve reseptör-virüs etkileşimlerinin taranması için faydalı olabilir.
Ramakrishnan, ekibin ve kendisinin bu çalışmayı yaparken bazı şaşırtıcı bulgulara ulaştıklarını belirtti.
“Muazzam plazma zarı veziküllerinden çift tabakalar oluşturduğumuzda, dış hücresel yaprakçığın sürekli olarak silikon levhadaki boşluklara doğru baktığını, iç hücresel yaprakçığın ise yukarı baktığını görünce şok olduk. Yazarlar, “Bu, çift tabaka oluşumunda bir yönlülük olduğunu gösterdi ve lipid ve protein oryantasyon asimetrisini doğrulamamızda çok önemliydi” diye yazıyor.
Deney sırasında çift tabakanın her iki tarafına da erişim sağlamak için araştırmacılar şu anda çip tasarımını değiştirmeye odaklanıyor. Ayrıca, milisaniye altı ölçümleri mümkün kılacak elektriksel ölçüm yeteneklerini de sistemlerine dahil etmek istiyorlar.
Kaynak: advancedsciencenews.com/
