Kimya doçenti Meredith Jackrel liderliğindeki bir ekip, biyofiziksel kimyada ileri teknikler kullanarak, bazı amyotrofik lateral skleroz (ALS) ve ilgili bozukluk frontotemporal demans (FTD) vakalarında çok önemli bir rol oynayabilecek bir protein hakkında benzeri görülmemiş görüşlere ulaştı. Çalışmaları tedavi ve önleme konusunda yeni yaklaşımlara kapı açabilir.
Jackrel ve ekibi ilerlemeyi dergide yayınladı Moleküler Hücre. Macy Sprunger, Ph.D. ’23, Sanat ve Bilim alanında kimya alanında çalışan bir bilim insanı ve Jackrel’in St. Louis’deki Washington Üniversitesi’ndeki laboratuvarında eski bir yüksek lisans öğrencisi, çalışmanın baş yazarıdır. Diğer ortak yazarlar arasında kimya yüksek lisans öğrencisi Sabrina Talir; eski lisans öğrencisi Ken Lee, AB ’24; McKelvey Mühendislik Okulu’nda doktora sonrası araştırmacı olan Min Kyung Shinn; ve Gene K. Beare Biyomedikal Mühendisliği Seçkin Profesörü Rohit Pappu.
Jackrel ve ekibi, sağlık üzerinde potansiyel etkileri olan, üzerinde az çalışılmış bir protein olan Matrin-3’e odaklandı. Normalde protein, nükleik asitleri, hücre hayatta kalmasını, farklılaşmayı ve gen ifadesini düzenlemeye yardımcı olur. Matrin-3’teki mutasyonlar onun yanlış katlanmasına ve anormal işlevler üstlenmesine neden olabilir.
Yanlış katlanmış proteinler zamanla sinir fonksiyonlarını bozabilir ve Lou Gehrig hastalığı olarak da bilinen ALS ve beynin ön ve temporal loblarındaki nöronların hasar görmesinden kaynaklanan bir tür demans olan FTD gibi nörodejeneratif hastalıklara katkıda bulunabilir.
Jackrel ve ekibi, hastalık sürecini daha iyi anlamak ve potansiyel tedavileri keşfetmek için Matrin-3’ün net bir resmini çıkarmayı hedefledi; bu, üstesinden gelinmesi yıllar süren bir zorluktu.
En büyük engellerden biri, proteini hücrenin geri kalanından kimyasal olarak ayırmanın bir yolunu bulmaktı. Pek çok deneme yanılmanın ardından Sprunger, Matrin-3’ün saf örneklerini izole etmeyi başardı.
Sprunger, “Matrin-3’ün arındırılması lisansüstü çalışmalarımın çok biçimlendirici bir kısmıydı” dedi. “Bunun zor olacağını biliyordum ve bu süreci gidermek için iki yıldan fazla zaman harcadım. Sonunda işe yarayan bir yaklaşım bulduğumuzda pes etmeye hazırdım.”
Ekip daha sonra protein düzeneklerinin şekillerini karakterize etmek için gelişmiş elektron mikroskobu kullandı. Jackrel, “Doğal olarak solucan benzeri şekillere dönüşen küçük küreler bulduk” dedi. “Bu tür şekilleri daha önce hiç görmemiştik, bu da alışılmadık bir şeyin olduğuna dair ilk ipucumuzdu.”
Biyomoleküler Yoğunlaşma Merkezi aracılığıyla Pappu ve Shinn ile işbirliği yapan ekip, kürelerden solucanlara geçişin muhtemelen mikrofaz ayrımı adı verilen bir süreç aracılığıyla gerçekleştiğini belirledi.
Mutasyona uğramamış Matrin-3 proteini RNA ile karıştırıldığında solucan benzeri düzenekler önemli ölçüde kısaldı. Jackrel, “Matrin-3, RNA bağlayıcı bir proteindir, bu nedenle bu etkileşimi incelemek bizim için önemliydi” dedi.
Hastalıkta bulunan proteinin mutasyona uğramış versiyonları da küreler ve solucanlar oluşturdu, ancak RNA’ya maruz kaldıklarında uzunlukları büyük ölçüde değişmeden kaldı. Jackrel, “ALS ile ilişkili mutasyonlar, bu solucan şeklindeki proteinleri değişime karşı daha dirençli hale getiriyor gibi görünüyor” dedi. “Bu hastalık sürecinin bir parçası olabilir.”
Matrin-3’ü saflaştırmak için güvenilir bir yöntemin yanı sıra canlı hücrelerdeki proteini görüntülemenin yeni yollarıyla Jackrel’in laboratuvarı, proteinin sağlık ve hastalıktaki rolünü daha iyi anlamak için deneylere devam etmeyi planlıyor. Mikrofaz ayrılmasının yaygın bir olgu olması ve bu düzeneklerin çok küçük boyutları nedeniyle iyi çalışılmamış olması muhtemeldir, dolayısıyla bu fikri daha geniş bir şekilde inceliyorlar.
Jackrel, “Macy’nin proteini saflaştırma ve bu son derece küçük düzeneklerin deneysel olarak nasıl çalışılacağını bulma çalışması, laboratuvarımız ve ALS’nin temel nedenlerini incelemek için büyük bir ilerlemeydi” dedi. “Sonraki adımları atmanın heyecanını yaşıyoruz.”
