Daha Küçük Bir Gen Düzenleyici CRISPR Enzimi Bulundu: CasX

CasX enzimi sadece 980 amino asitten oluşuyor!
Görsel Telif: University of California – Berkeley

CRISPR kısaltmasının açılımı ‘kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik yinelemeler’ (İng. clustered regularly interspaced short palindromic repeats) olup, bunlar prokaryotik organizmaların genomlarında bulunan bir DNA dizilimleri ailesidir. Bu dizilimler, prokaryotu eskiden enfekte etmiş olan virüslerdeki DNA parçalarından türetilir ve sonraki enfeksiyonlar sırasında benzer virüslerden gelen DNA’yı algılayıp yok etmede kullanılır. Dolayısıyla bu dizilimler, prokaryotların antiviral savunma sisteminde kilit rol oynar. Cas kısaltması ise ‘CRISPR’la ilişkili‘ [İng. CRISPR-associated]) anlamında kullanılır ve CRISPR dizilimini tamamlayıcı olan belirli DNA ipliklerini bölmek için rehber olarak CRISPR dizilimlerini kullanan enzimleri anlatır. Cas9 enzimleri, CRISPR dizilimleri ile birlikte CRISPR/Cas9 adı verilen ve organizmalarda genler üzerinde düzenleme yapmada kullanılan teknolojinin temelini oluşturur.

2012 yılında Feng Zhang ve çalışma arkadaşları, CRISPR-Cas9’u ökaryotik hücrelerde genom düzenlemeye uyumlandırmayı başaran ilk ekip olmuştu. O zamandan bu yana, Cas9 ne müthiş bir gen editörü olduğunu gösterdi; insanlarda, diğer hayvanlarda, bitkilerde ve bakterilerde DNA’yı hızlı ve doğru biçimde kesip bağlamak için görevlendirilerek, biyolojiyi dönüştürdü ve hastalıkları iyileştirmek için yepyeni yollar sundu. Bu arada başka Cas enzimleri için arayışlar sürdürüldü ve çok sayıda başka Cas bulundu. Aralık 2016’da Jennifer Doudna ve Jill Banfield’ın laboratuvarlarında, öncekilerden epeyce farklı iki yeni protein bulundu. CasX ve CasY olarak adlandırılan bu enzimlerin tam olarak ne yaptığı başlangıçta anlaşılmadığından bu adlar seçilmişti. Şu anda ise CasX adı verilen yeni aday, Cas9’un işini elinden alacağa benziyor.

Laboratuvarda gen düzenlemeye potansiyel olarak uygun olan küçük, kompakt CRISPR-Cas sistemlerine sahip olduğu bulunanlara benzer ultra-küçük bir bakterinin donuk-elektron tomografisi görüntüsü. Bakterinin boyu 200 nanometreden az (çizgi 100 nanometre). Bakterinin yakınındaki üç nesne ise bakteriye saldıran virüsler yani fajlar.

UC Berkeley bilimcileri Banfield and Doudna tarafından dünyanın en küçük bakterilerinden bazılarının içinde keşfedilen CasX proteini, Cas9’a benziyordu ama daha ufaktı (~ %40). Amacın hücre içine bir gen düzenleyici göndermek olduğu düşünülürse, boyutunun daha küçük olması çok büyük bir avantaj sağlayabilirdi. Peki acaba sadece 980 amino asitten oluşan bu minik enzim, bulunduğu bakterilerin dışında da çalışır mıydı? 4 Şubat 2019 tarihinde Nature dergisinde yayımlanan bir makalede, CasX’in hem bakterilerde hem de insan hücrelerinde etkili ve verimli bir gen düzenleyici olduğu açıklandı. CasX’in biçimi Cas9’a ve onun iyi incelenmiş kuzeni Cas12’ye benziyor ama bakterilerde diğer Cas proteinlerinden bağımsız olarak evrilmiş gibi görünecek kadar da farklı. Çift iplikli DNA’yı Cas9 gibi kesebiliyor; genlerin çalışmasını denetlemek için DNA’ya bağlanabiliyor ve diğer Cas proteinleri gibi belirli DNA dizilimlerine hedeflenebiliyor.

Banfield, CasX’i içeren bakterileri de bulduğu Colorado’da örnek toplarken görülüyor. (Foto: Roy Kaltschmidt, 2014)

Bunlara ek olarak, insanlarda bulunmayan (insanların hiç maruz kalmadığı) bakterilerden geliyor olduğu için (Banfield, söz konusu bakterileri, yeraltı suları ve çöküntülerinde bulunan mikropların veritabanında buldu) insan bağışıklık sistemi onu Cas9’dan daha kolay kabul edebilir. Bazı doktorlar, CRISPR tedavisi uygulanacak hastalarda Cas9’un bir bağışıklık tepkisi oluşturmasından çekiniyordu. Ekipten Benjamin Oakes, genom düzenleme aracının bağışıklık sağlayıcılığının (immunojenesite), gönderiminin ve özgünlüğünün hepsinin de son derece önemli olduğunu ve tüm bu açılardan CasX’in heyecan verici olduğunu belirtiyor.

CasX’in görev başındayken elektron mikroskobuyla çekilen anlık görüntüleri.

Ekibin iki diğer üyesi olan Jun-Jie Liu ve Natalia Orlova, bir donuk-elektron (İng. cryo-electron) mikroskobu kullanarak, bir geni düzenleme hareketleri sırasında CasX proteinin anlık görüntülerini aldı. CasX’in yüzbinlerce görüntüsünü çektiler ve atomların nasıl dizilerek onu oluşturduğunu görmek için resimleri birleştirdiler. Ortaya çıkan atomik film, CasX’in düzenlemede nasıl kullanılabileceğine ilişkin önemli ipuçları veriyordu. Proteinin benzersiz moleküler yapısına ve şekline dayanarak, araştırmacılar CasX’in Cas9’dan bağımsız olarak evrildiği sonucuna vardı. Oakes, CasX’in kendine özgü bölgelerinin, başka RNA-rehberli DNA-bağlama proteinlerinde gördüklerine benzer rolleri başarabildiğine dikkat ettiklerini anlatıyor. CasX’in küçük boyutunun, doğanın kullandığı temel bir reçete olduğunu açıkça görmeye yardım ettiğini ekliyor ve bu reçeteyi anlamanın, genom düzenleme araçlarının geliştirilmesini sağlayabileceğini vurguluyor.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv