Araştırmacılar, motor proteinlerin hareketlerini tam olarak izlemek için yüksek çözünürlüklü bir floresan mikroskopi yöntemini modifiye ettiler. Bir bilim insanının fantezisi, ister substratını sıkıca saran bir enzim ister hücre iskeleti boyunca yarışan bir motor protein olsun, proteinleri hareket halinde görmektir. Ancak, sadece birkaç nanometreyi kapsayan bu küçük hareketleri görselleştirmek için herhangi bir araç mevcut değildir.
Bunun yerine, genellikle proteini mikroskop altında kolayca görülebilen bir boncuğa bağlarlar ve boncuğun hareketini izlerler. Ancak proteinden çok daha büyük olan hantal nesne, hareket etmeyi zorlaştırabilir. Almanya’daki Max Planck Enstitüsü’nde biyofizikçi olan Stefan Hell’e göre, “bu durum şüpheye yer bırakıyor.”
Floresan Mikroskobu
Hell, 2016 yılında proteinleri izlemek için nanometre düzeyinde hassasiyete sahip bir tür floresan mikroskobu yarattı. MINFLUX cihazı, bir proteini küçük bir organik florofora bağlayarak ve ardından kompleksi halka şeklindeki bir lazer ışını ile ışınlayarak çalışıyor. Florofor, protein halkanın altında herhangi bir yerde mevcutsa yanacaktır. Bununla birlikte, lazer tam olarak halkanın karanlık çekirdeğinin içindeki proteini hedef alırsa, parlamayacak ve araştırmacılara yerini tespit ettiklerini bildirecektir. O zamandan beri, diğer makromoleküller ve nükleer gözenek kompleksini oluşturan proteinler nanoskop kullanılarak etkili bir şekilde görselleştirildi.
Şimdi, MINFLUX’un daha iyi uzamsal-zamansal çözünürlüğe sahip geliştirilmiş bir versiyonu 10 Mart’ta Science dergisinde yayınlanan bir makalede tanımlanıyor. Mikroskop, donut şeklindeki bir lazer yerine hareketi düz bir yolda kaydeden doğrusal ışınlar kullanıyor. Bu yöntem Hell’in ekibinin, bir mikrotübülün uzunluğu boyunca karakteristik yürüyüşünü yapan motor protein kinesinin hareketini floresan olarak tanımlamasına ve takip etmesine olanak sağladı.
Kinesin, nörotransmitter içeren veziküller de dahil olmak üzere hücrelerimizi kaplayan mikrotübül rayları boyunca kargo hareketinde kilit bir aktördür. Kinesin, mikrotübüller boyunca yer değiştiren iki ayak benzeri baş grubuyla “adım atarak” hareket eder ve ATP’nin bölünmesiyle itilir.
Proteinin sapının dönmesi, araştırmacıları kinesinin mikrotübül boyunca uzun ve kısa adımlardan oluşan değişken bir düzende düzensiz bir şekilde hareket ettiğini keşfetmeye yöneltti. Ayrıca, proteinin mikrotübüle bağlanabilmesi için ATP’nin iki baş grubundan yalnızca birinin mikrotübül üzerinde konumlandırılması gerektiğini gösterdiler. ATP’nin iki başlı durumda mı, yani her iki baş grubunun da güvenli bir şekilde yerleştirilmiş olduğu durumda mı, yoksa tek başlı durumda mı, yani bir başın mikrotübülden kaldırılmış olduğu durumda mı bağlandığı sorusu geçmişte araştırmacıları ikiye bölmüştü. Ancak araştırmada yer almayan Austin’deki Texas Üniversitesi’nden biyofizikçi Devarajan Thirumalai, yeni çalışmanın “sorunu çözdüğünü” söylüyor.
Yeni aygıt sadece motor proteinlerin konformasyonel değişimlerini ölçmek için değil; diğer biyomoleküllerin değişimlerini ölçmek için de yararlı bir araç olabilir. Ayrıca, çalışmaya dahil olmayan Yale Üniversitesi biyoinformatik profesörü Mark Gerstein’a göre, araştırmacılar protein dinamiklerini daha iyi kavrayarak farmasötikler için yeni ilaç bağlama bölgeleri bulabilirler.
MINFLUX’un önceki versiyonu, Almanya’daki Hamburg-Eppendorf Üniversitesi Tıp Merkezi’nde mikrobiyolog olan Martin Aepfelbacher tarafından bakterilerdeki moleküler mekanizmayı görmek için zaten kullanılmıştı. Ancak ona göre, nano ölçekte biyolojik faaliyet söz konusu olduğunda gözlemlenebilecek ayrıntı düzeyi, ekibinin “tek tek proteinlerin hareketlerini eylem halindeyken gözlemlemesini” sağlayabilecek yeni yöntemle büyük ölçüde geliştirilebilir.
Kaynak: the-scientist.com/news
