Hücre Zarı Proteinleri 3D Görüntülendi

 Hücre Zarı Proteinleri 3D Görüntülendi

NSLS-II bilim insanı Tiffany Victor, ekibinin nano ölçekli çözünürlüğe sahip bakterilerin 3 boyutlu kimyasal haritalarını ürettiği Hard X-ray Nanoprobe’de gösterilmektedir. (Görsel: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı)

Ulusal Senkrotron Işık Kaynağı-II (NSLS-II) -ABD Enerji Bakanlığı (DOE)’nın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda DOE Billim Ofisi Kullanıcı Tesisi- araştırmacılarının da içinde bulunduğu bir grup bilim insanı, proteinleri nano ölçekli çözünürlük ile 3D görüntülemek için yeni bir teknik ortaya çıkardı. Araştırmacıların American Chemical Society Journal‘da da yayımlanan çalışmaları, hücre zarına ve en küçük hücre altı organellere kadar ulaşarak proteinlerin tek tek hücreler içindeki kesin konumunu belirlemelerini sağlıyor.

NSLS-II bilim insanı Lisa Miller, “Yapısal biyoloji dünyasında bilim insanları proteinlerin yapısını öğrenmek ve işlevlerini anlamak için X-ışını kristalografisi ve kriyoelektron mikroskopisi gibi teknikleri kullanıyorlar ancak bir hücrede nerede işlev gördüklerini öğrenemiyoruz. Belli bir hastalığı inceliyorsanız bir proteinin yanlış yerde çalışıp çalışmadığını bilmeniz gerekir,” diye açıkladı.

Miller ve meslektaşları tarafından geliştirilen yeni teknik, biyolojide geleneksel floresan mikroskopi yöntemlerine benzer. Bu yöntemde yeşil floresan proteini (GFP) isimli bir molekül, yerlerini ortaya çıkarmak için diğer proteinlere eklenebilir. GFP ultraviyole (UV) ışınlarına veya görünür ışığa maruz kaldığında parlak yeşil bir renk vererek hücredeki “görünmez” proteini aydınlatır.

Miller, “GFP kullanarak bir proteinin çekirdek veya sitoplazma gibi yüzlerce nanometre büyüklüğünde hücre içi yapılarda olup olmadığını görebiliriz ancak hücre zarına benzeyen, yalnızca 7 ila 10 nanometre büyüklüğünde yapıları GFP gibi ışık etiketleriyle görmek zordur. Bu yüzden 10 nanometre büyüklüğündeki yapıları görmek için X-ışınlarının kullanımdan faydalanırsınız,” dedi.

NSLS-II’deki araştırmacılar bu zorluğun üstesinden gelebilmek için Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve Boston Üniversitesi’ndeki bilim insanları ile bir araya gelerek lantanite bağlayıcı (LBT) adı verilen X-ışınlarına duyarlı bir bağlayıcı geliştirdiler. LBT’ler, erbiyum ve öropiyum gibi lantanit serisindeki elementlere sıkıca bağlanabilen çok küçük proteinlerdir.

NSLS-II’de araştırma görevlisi olan baş yazar Tiffany Victor, “UV veya görünür ışığa maruz kaldığında floresanlaşan GFP’nin aksine lantanitler X-ışınlarının varlığında floresanlaşıyor,” dedi. “Ayrıca lantanitler hücrede kendiliğinden oluşmadığından onları X-ışını mikroskobu ile gördüğümüzde ilgilenilen proteinimizin yerini biliyoruz,” diye devam etti.

NSLS-II, MIT ve BU’daki araştırmacılar, LBT teknolojisini X-ışını-floresan ile birleştirmek için birlikte çalıştılar.

Miller, LBT’lerin son 10 yıldır yaygın olarak kullanılmasına rağmen X-ışını-floresans çalışmaları için daha önce hiç kullanılmadığını belirtti.

 

Ultra parlak röntgenler,  bir lantanitle bağlanan ve erbiyum ile kuluçkalanan tek bir E.coli bakterisindeki erbiyum (sarı) ve çinko (kırmızı) konsantrasyonunu ortaya çıkardı. (Görsel: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı)

X-ışını floresansı, daha yüksek çözünürlüklü görüntüler elde etmenin ötesinde aynı anda bir hücredeki kalsiyum, potasyum, demir, bakır, çinko vb. tüm eser elementlerin kimyasal görüntülerini almamızı sağlar. Miller’in ekibi  diğer çalışmalarında bakır gibi eser elementlerin Alzheimer benzeri hastalıklarda beyin hücrelerinin ölümüyle nasıl bir bağlantısı olduğunu araştırıyor. Bu elementlerin yerini belirli proteinlerle ilişkilendirerek görselleştirmek yeni bulguların anahtarı olacaktır.

LBT’ler, X-ışınlarıyla uyumluluklarına ek olarak görünür ışığa kıyasla küçük boyutları için de yararlıdır.

Miller “Tüm vücudunuzun büyüklüğünde ya da daha büyük bir kuyruğunuzun olduğunu hayal edin. Böyle bir durumda artık yapamayacağınız birçok normal aktivite olurdu. Ama sadece küçük bir domuz kuyruğuyla dolaşmanız gerekirse yine de koşabilir, zıplayabilir ve kapılardan geçebilirsiniz. GFP büyük bir kuyruk gibidir ve pek çok proteinin işlevi için gerçek bir engel olabilir. Ancak bu küçük bağlayıcılar neredeyse görünmezdir.” açıklamasını yaptı.

MIT ve BU’daki araştırmacılar, nano ölçekli çözeltilerde proteinlerin 3D görüntülenmesini sağlayan LBT’nin kullanımını göstermek amacıyla bir bakteri hücresindeki iki proteini -biri sitoplazmik protein, diğeri zar proteini- işaretledi. Daha sonra Miller’in ekibi, NSLS-II’deki Sert X-ışını Nanoprobe (HXN) ışın hattında ve DOE’nin Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki DOE Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisi’nde Gelişmiş Foton Kaynağı (APS)’nda Bionanoprobe ışın hattında çalıştı.

“HXN, odak boyutu yaklaşık 12 nanometreye kadar inen dünya lideri X-ışınını sunar. Bu, bakteriyel hücrenin nano ölçekli çözünürlükte üç boyutlu görüntülenmesinde kritik rol oynuyordu,” dedi.

Ekip, HXN’in benzersiz çözünürlüğü ve LBT’lerin yeteneklerini birleştirerek her iki işaretli proteini de görüntülemeyi başardı. Zar proteininin görselleştirilmesi LBT’lerin yüksek çözünürlükte görülebildiğini gösterirken, sitoplazmik proteinin görüntülenmesi LBT’lerin hücre içinde de görüntülenebileceğini gösterdi.

Victor, “Yüksek konsantrasyonlarda, lantanitler hücreler için toksiktir. Bu nedenle hücreleri, hücre zarını geçecek kadar toksik olmayan ve görmek istediğimiz proteinleri bize gösterecek kadar düşük bir lantanit konsantrasyonu ile tedavi edebildiğimizi görmek bizim için önemliydi,” diye belirtti.

Şimdi, bu yeni teknik başarıyla sunuldu. Bilim insanları 10 nanometre çözünürlükte hücre içindeki diğer proteinleri görüntüleyebilmek için LBT’yi kullanmayı umuyor.

 

Kaynak: Cell membrane proteins imaged in 3-D

Derya Zahide Uçar

İlginizi Çekebilir

Cevap yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir