Japonya’daki Tokyo Bilim Enstitüsü’nden araştırmacılar, enzim parçalarını antikorlarla birleştirerek, hedef antijenine bağlandığında etkinleştirilen “Switchbody” adı verilen yenilikçi bir enzim anahtarı geliştirdi. Switchbody, enzim aktivitesini dinamik olarak kontrol eden ve teşhis, tedavi ve hassas biyoişlemede yeni fırsatlar sunan enzim fragmanının yakalanıp serbest bırakılmasına dayanmaktadır.
Dış uyaranlara yanıt veren proteinler, biyolojik süreçlerin kesin olarak düzenlenmesinde hayati bir rol oynayan moleküler anahtarlar olarak işlev görür. Bu nedenle, eğer protein anahtarları hücresel fizyolojik fonksiyonu serbestçe kontrol edecek şekilde yapay olarak tasarlanabilseydi, yalnızca biyolojik olayların mekanizması hakkında daha derin bir anlayış kazanmakla kalmayacak, aynı zamanda bozulmuş hücresel fonksiyonları geri yükleyerek terapötik uygulamaya da katkıda bulunacağız.
Yapay protein anahtarları geliştirilmiş olmasına rağmen, aktivitelerini açıp kapatabilen proteinlerin rasyonel tasarımı biyokimyada uzun süredir devam eden bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Bu boşluğu ele alan, Doçent Tetsuya Kitaguchi ve Yardımcı Doçent Takanobu Yasuda liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, Kimya ve Yaşam Bilimleri Laboratuvarı, Entegre Araştırma Enstitüsü, Tokyo Bilim Enstitüsü (Bilim Tokyo), Japonya’da, Japonya Tohoku Üniversitesi’nden Yardımcı Doçent Masahiko Taguchi ile işbirliği içinde; RIKEN, Japonya’dan Dr. Takanori Kigawa; ve Japonya’daki Shinshu Üniversitesi’nden Profesör Ryoichi Arai, yeni antikor bazlı enzim anahtarı Switchbody’yi geliştirdi.
Çalışma dergide çevrimiçi olarak yayınlandı İleri Bilim 15 Eylül 2025’te.
Switchbody nasıl geliştirildi ve test edildi?
Moleküler tanıma unsuru olarak araştırmacılar, Kemik Gla Proteininden türetilen yedi amino asitlik peptite bağlanan bir antikor kullandılar. Anahtarlama fonksiyonunu tanıtmak için bir protein olarak, iki parçadan oluşan biyolüminesanslı bir enzim olan bölünmüş NanoLuc’u benimsediler; 11 amino asitten oluşan kısa bir parça olan HiBiT ve onun tamamlayıcı büyük parçası LgBiT. Her bir parça kendi başına aktif olmasa da, bir substratı katalize ederek parlak biyolüminesans üreten işlevsel bir NanoLuc’a dönüşüyorlar.
Switchbody’yi geliştirmek için araştırmacılar bir antikoru HiBiT ile birleştirdi. Bu füzyon, antikor hedef antijenine bağlandığında enzim aktivitesini mümkün kıldı. Temel çalışma prensibi “yakala ve bırak” sürecine dayanır.
Kitaguchi, “Antijenlerin yokluğunda, kaynaşmış HiBiT, antikorun içinde sıkışıp kalır” diye açıklıyor. “Antijen bağlanması onun salınmasını tetikleyerek HiBiT’in tamamlayıcı parçası LgBiT ile eşleşmesine olanak tanır ve böylece enzimin biyolüminesans üreten aktivitesini geri kazandırır.”
Mekanizma ve potansiyel uygulamalar
Bu sürecin mekanizmasını anlamak için ekip, ELISA, X-ışını kristalografisi, NMR spektroskopisi ve moleküler dinamik simülasyonları dahil olmak üzere ileri analitik tekniklerin bir kombinasyonunu kullanarak kapsamlı bir araştırma gerçekleştirdi.
Bu analizler, antijen yokluğunda HiBiT’nin, antijen bağlanma bölgesinin yakınındaki anahtar amino asitlerle etkileşime girdiğini ortaya çıkardı. Antijen bağlanması üzerine bu etkileşimler bozulur ve HiBiT’nin hareketliliği artarak LgBiT ile aktif bir enzim kompleksi oluşturulur. Mekanizmasına ilişkin bu bilgiler Switchbody’nin rasyonel tasarımına giden yolu açtı.
Temelde bu yaklaşım, bir enzimi, antijen tarafından aktive edilen akıllı bir moleküler anahtara dönüştürüyor ve yalnızca biyolojik molekülleri tespit etmek için değil, aynı zamanda sinyal iletimi ve metabolizma gibi önemli süreçlerde yer alan enzimleri kullanarak hücresel fizyolojik fonksiyonların düzenlenmesi için de güçlü ve yeni bir strateji sunuyor.
Teknolojiyi ve gelecekteki yönelimleri genişletmek
Ek olarak araştırmacılar, değiştirilmemiş antikorlarla birleşerek bir Switchbody oluşturabilen bir prob da geliştirdiler. Bu prob, HiBiT’nin “Protein M” olarak bilinen bir antikor bağlayıcı proteine kaynaştırılmasıyla elde edildi. Bu dikkate değer adaptasyon, ticari olarak temin edilebilen çok çeşitli antikorların antijene duyarlı enzim anahtarlarına dönüştürülmesi için yeni yollar açar.
Kitaguchi, “Bu teknolojinin biyoalgılama, biyoproses ve terapötik uygulamalarda uygulanabileceğine inanıyoruz” diyor. “Gelecekte, biyokimyasal yolların gerçek zamanlı düzenlenmesini sağlayacak şekilde, birden fazla hücresel fonksiyonu aynı anda kontrol edecek şekilde Switchbody’leri genişletmek istiyoruz.”
