Dondurulmuş eylem: Kanser ilacı iskelesinin nasıl inşa edildiğini görselleştirmek

Tokyo Üniversitesi’nden Ryo Tanifuji ve Hiroki Oguri ile Tohoku Üniversitesi’nden Yoshikazu Tanaka liderliğindeki ortak bir araştırma grubu, safracin B’nin karmaşık beş halkalı çekirdeğinin yapımında anahtar rol oynayan bir enzim olan SacC’yi görselleştirdi. Bu çekirdek yapı, yumuşak doku sarkomunu tedavi etmek için kullanılan bir ilaç olan trabectedin ile paylaşılıyor.

Enzimin çalışma durumunda net bir resmini elde etmek bir başarı olsa da, proje sırasında öncülük edilen yöntem en geniş erişime sahip olabilir. Tıbbi olarak yararlı bileşikler üreten geniş bir yelpazedeki ilgili enzimlere potansiyel olarak uygulanabilirliği ile bu yaklaşım, yalnızca mevcut bileşiklerin optimize edilmesine değil, aynı zamanda yenilerinin yaratılmasına yönelik araştırmalar için de yeni yollar açabilir.

Bulgular şu adreste yayınlanıyor: Amerikan Kimya Derneği Dergisi.

Tek geçişte yedi adım

Trabectedin ilacının üretim hattı, SacC enziminin bakteriler içinde bir araya getirdiği bakteriyel bileşik safrasin B ile başlar. Enzim, iki yeni karbon-karbon bağını birbirine dikerek ve tek geçişte beş halkalı bir çekirdek yapı iskelesi oluşturarak yedi aşamalı bir katalitik kademe gerçekleştiriyor.

“Böylesine karmaşık bir yapı iskelesini yapay olarak sentezlemek” diye açıklıyor Tanifuji, “çok dikkatli bir şekilde aşamalandırılmış adımlar, koşulların sıkı kontrolü ve oldukça fazla sabır gerektiriyor. Ancak bakteriyel bir enzim bunu tek bir geçişte, suda, oda sıcaklığında, her üç boyutlu ayrıntıyı doğru alarak yapabilir. Bu hilelerden bazılarını kendimiz için ödünç alabilirsek, ileriye doğru büyük bir adım atmış oluruz.”

Hareketli bir moleküler montaj hattını stabilize etme

Bu ailedeki enzimler fabrika montaj hattı gibi çalışır. Tamamlanmamış bir molekülü bir istasyondan diğerine geçirirken parçaları önemli ölçüde salınır. Ancak bu hareket onların fotoğraflanmasını zorlaştırıyor. Birkaçı hareket halindeyken dondurulduğunda, her molekül biraz farklı bir pozda yakalanır ve ortalama görüntü bulanıklaşır. Üstelik bu enzim çözelti içinde topaklanmaya eğilimlidir.

Araştırmacılar soruna eş zamanlı olarak kimya ve yapısal biyoloji olmak üzere iki taraftan yaklaştılar. “Kimyacı” şapkalarını takarak, enzimin kademeli reaksiyonu sırasında ürettiği tamamlanmamış ara ürünleri taklit eden küçük moleküller tasarladılar ve sentezlediler. Yapısal biyoloji tarafında, enzimi stabilize etmenin ve bir araya topaklanmasını önlemenin bir yolunu aradılar.

Tanifuji, “Proje uzun süre boyunca imkansız görünüyordu” diye anımsıyor. “Enzim çözelti içinde davranamazdı ve iyi dağılmış bir örnek olmadan görüntülenecek hiçbir şey yoktu. Dönüm noktası, enzimin çözelti içindeki davranışını önemli ölçüde iyileştiren, bakteri genomunun aynı bölümünde kodlanan SacE adı verilen küçük bir ortak proteinin bulunmasıydı.”

Atoma yakın ayrıntılarda erken bir an

Her iki sorun da çözüldükten sonra, bilim insanları bu numuneleri ince bir buz tabakasında aniden dondurup Tohoku Üniversitesi’ndeki bir kriyo-elektron mikroskobu kullanarak görüntüleyebildiler. Binlerce ayrı enzim görüntüsünden yeniden oluşturulan üç boyutlu modelin çözünürlüğü, atoma yakın düzeydeki moleküler ayrıntıları ortaya çıkaracak kadar yüksekti.

Tanifuji, “Yapımız, enzim döngüsünün erken bir anını, yani yapı bloğunun yeni yüklendiği noktayı yakalıyor. Halkaların kapatıldığı ve bitmiş ürünün serbest bırakıldığı sonraki adımlar hala odak dışı. Bu durumları yakalamak bir sonraki hedefimiz ve bunun hem daha iyi problar hem de görüntüleri sıralamanın yeni yollarını gerektireceğini umuyoruz” diyor.