Hücrelerde Anahtar Moleküler Makinenin İşleyişi Ortaya Çıktı

UNC Tıp Fakültesi, Columbia Üniversitesi ve Rockefeller Üniversitesi'nden bilim insanları yaptıkları bir araştırma ile hücrelerdeki en temel ve önemli moleküler makinelerden birinin iç işleyişini ortaya çıkardılar. Araştırmacılar, Science'da yayınlanan bu çalışmada, histon mRNA üç başlı son işlem makinesi olarak da bilinen karmaşık bir molekül grubunun atomik yapısını belirlemek için biyokimyasal deneyler ve kriyo-elektron mikroskopisi (kriyo-EM) kullandılar. Bu makine, hücre genomunun uygun aktivitesinde ve çoğaltılmasında temel bir rol oynar ve kusurlu olduğunda, kanserler de dahil olmak üzere birçok hastalığa yol açabilir.

Histon proteinleri tüm bitkilerde ve hayvanlarda bulunur ve kromozomlardaki DNA'nın histon boncuklarının etrafına sarıldığı bir "ip üzerinde boncuklar" düzenlemesi oluştururlar. Histonlar DNA'nın etkili bir şekilde paketlenmesini sağlar ayrıca tüm hücrelerin düzgün çalışması için gerekli olan süreçlerde hangi genlerin açık ve hangi genlerin kapalı tutulduğunu düzenlemeye yardımcı olurlar. Histon mRNA 3 'uç işleme makinesi, bir histon geninden kopyalanan ve karşılık gelen histon proteinini kodlayan mRNA transkriptinin tam olarak doğru yerde kesilmesinden sorumludur. Makine, hücrelerin bölündüğü ve DNA'sını çoğaltması gerektiğinde yüksek seviyelerde meydana gelen histon proteinlerinin üretiminde önemli bir rol oynar. Yapı, makinenin sadece histon mRNA'ya bağladıktan sonra nasıl etkinleştirildiğini gösterir ve diğer RNA'ların yarılmasını önler. Kıdemli yazar Liang Tong ve Columbia Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nden doktora uzmanı William R. Kenan, bu yapının hücrelerdeki kritik sürece ilişkin ilk atomik bilgileri sağladığı ve bu makine hakkındaki mevcut bilgi birikiminin büyük kısmını güzel bir şekilde açıkladığını ifade ederler. Ayrıca bu yapının uzun zamandır sahadaki bilim insanları tarafından beklendiği ve makinelerin mükemmel amfora şeklinin beklenmedik bir bonus olduğunu belirttiler. Kenan ve Tong, yapının aynı zamanda diğer RNA 3' uç işleme makinelerine değerli bilgiler sağladığını çünkü anahtar bileşenleri histon makineleri ile paylaşıldığını sözlerine Tong'un son çalışmaları kanonik makineyi pasif bir şekilde göstermiştir. Şimdi ise bilim insanları makinenin nasıl etkinleştirildiğine dair bir bakış açısı geliştirdiler.

Moleküler Biyolojinin Önemli Başarısı

Tong, bu yapının, yeni kriyo-EM tekniğinin dikkat çekici gücünün başka bir örneği olduğunu belirtti. Moleküler biyolojinin önemli bir başarısı olan bu karmaşık yapının çözümü, moleküler biyologlar tarafından yaklaşık 40 yıllık bir dizi laboratuvar araştırmanın doruk noktasıdır. UNC Tıp Fakültesi Biyokimya ve Biyofizik Bölümü'nde profesör olan ve makinenin birçok bileşeninin keşfine önderlik eden Zbigniew Dominski, uzun bir süredir bu moleküler makinenin farklı parçalarını incelediklerini fakat şimdi ilk kez tüm parçaların nasıl birbirine uyduğunu ve birlikte çalıştığını bilidiklerini ifade etti. Her protein, gen ile başlayan bir süreçte üretilir. Özel enzimler, gendeki bilgileri hücre çekirdeğindeki DNA'nın moleküler kuzeni olan ribonükleik asit (RNA) biçiminde kopyalar veya uyarlarlar. 3' uç işleme makinesi adı verilen özel bir moleküler makine daha sonra bu RNA ipliğini hücrenin ana kısmına göç eden ve orada son proteine çevrilen bir haberci RNA (mRNA) adı verilen moleküle dönüştürmek için doğru yerde kesmelidir. Hemen hemen tüm proteinler için mRNA'lar, onları doğru yerde kesen ve onlara özel bir kuyruk ekleyen bir tür 3' uç işleme makinesi tarafından işlenir. Hücre bölünmesi için gereken histon proteinlerini kodlayan hayvan hücrelerindeki histon transkriptleri ise onları kesen ancak kuyruk eklemeyen farklı bir makine tarafından işlenir. Araştırmacılar, bu makineye çığır açan yapısal çalışma nedeniyle şimdi çok aşina olduğumuzu belirtiyorlar.

Dominski, 1990'ların ortalarından bu yana histon RNA işleme makinelerini araştırmakta ve Marzluff, Tong ve diğerleri ile birlikte bireysel bileşenlerle ilgili önemli keşifler yapmıştır. Dominski, bu makinenin nasıl çalıştığını anlamanın araştırma için aşağı yukarı yolun sonu olduğunu ve yaptıkları çalışma ile bunu açıkça çözdüklerini ifade etti.