DNA’nın Açılış Anı Kamerada

Çığır Açan Moleküler Film, DNA’nın Fermuar Açma Mekanizmasını Ortaya Koyuyor: Viral ve Kanser Tedavileri İçin Çıkarımlar

Leicester Üniversitesi’ndeki bilim insanları, DNA’nın atomik düzeyde fermuar gibi açılma sürecini ilk kez detaylı bir “moleküler film” olarak yakaladı ve bu, hücrelerin genetik materyallerini kopyalama gibi hayati bir süreci nasıl başlattığını ortaya koydu. Nature dergisinde yayımlanan bu çığır açan keşif, bazı virüslerin ve kanserlerin nasıl çoğaldığını anlamamıza yardımcı olabilecek geniş kapsamlı etkilere sahip olabilir.

Son teknoloji kriyo-elektron mikroskobu kullanarak, bilim insanları ekibi, bir helikaz enziminin (doğanın DNA fermuar açma makinesi) DNA’yı çözme sürecini görselleştirmeyi başardı. DNA helikazları, DNA replikasyonu sırasında çift sarmallı DNA’yı tek iplikçiklere ayırarak her bir iplikçiğin kopyalanmasını sağladıkları için vazgeçilmezdir.

Leicester Üniversitesi Yapısal ve Kimyasal Biyoloji Enstitüsü’nden çalışmanın baş yazarı Dr. Taha Shahid, “Bu moleküler motorun DNA çift sarmalını nasıl sistematik bir şekilde ayırdığını gösteren birden fazla anlık görüntü kaydettik. Bu, moleküler ölçekte bir fermuarın hareketi gibi ve bilim insanları hücrelerin DNA’larını kopyalamak için açması gerektiğini uzun zamandır bilse de, bunun tam olarak nasıl gerçekleştiğini daha önce hiç görememiştik. Artık tüm süreci, anbean açığa çıkan bir şekilde izleyebiliyoruz ve bu, yaşamın en temel süreçlerinden birinin kesin mekaniklerini ortaya koyuyor,” diyor.

Zarif Bir Mekanizma: Entropi Anahtarı

Araştırmacılar, helikazın daha önce varsayıldığı gibi kaba kuvvetle çalışmadığını, bunun yerine hücresel yakıtı (ATP) hassas bir tetikleyici olarak kullanan zarif bir mekanizma ile işlediğini buldu. Helikaz, altı pistonlu bir moleküler motor gibi çalışır – her piston sırayla “ateşlenir” ve makineyi DNA boyunca ileri iter. Önemli bir şekilde, iplikçikleri doğrudan ayırmak yerine, biriken gerilimi serbest bırakır – sıkışmış bir yay gibi – ve bu, DNA’nın doğal olarak açılmasını sağlar.

Dr. Shahid, “Bu ‘entropi anahtarı’ mekanizması, moleküler motorların nasıl çalıştığına dair düşüncelerimizden temelde farklı. Ayrıca, hücrelerin DNA kopyalamayı her iki yönde nasıl koordine ettiği konusundaki uzun süredir devam eden bir gizemi de çözdük; iki helikaz makinesinin belirli DNA bölgelerinde birlikte çalıştığını ve her iki iplikçiğin aynı anda etkin bir şekilde kopyalanmasını sağlayan ‘replikasyon çatallarını’ oluşturduğunu keşfettik,” diye ekliyor.

Viral ve Kanser Tedavilerine Potansiyel Katkı

Araştırma, Leicester Üniversitesi ile Suudi Arabistan’daki King Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST) arasında uluslararası bir işbirliğiyle gerçekleştirildi. KAUST temel fonu sağlarken, Leicester Yapısal ve Kimyasal Biyoloji Enstitüsü’ndeki Midlands Bölgesel Kriyo-EM Tesisi çalışmanın altyapısını sundu.

Dr. Shahid devam ediyor: “Keşfettiğimiz helikaz mekanizması, virüslerden insanlara kadar evrimsel olarak korunmuş görünüyor ve yaşamın tüm alanlarında DNA replikasyonunu anlamak için evrensel bir plan sunuyor. Tıbbi açıdan, çiçek virüsleri, papillomavirüsler (bazı kanserlere neden olabilir) ve polyomavirüsler gibi birçok virüs, çoğalmak için benzer helikaz makinelerine bağımlıdır. Detaylı yapısal bilgilerimiz, insan hücrelerine zarar vermeden viral replikasyonu bozan kesin hedefli antiviral tedavilerin geliştirilmesine rehberlik edebilir.”

KAUST ve Leicester Üniversitesi’nden çalışmanın kıdemli yazarı Dr. Alfredo De Biasio, “Bu çalışma, yaşamın moleküler makineleri hakkındaki anlayışımızda önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor. Yapısal biyolojiyi sofistike hesaplama yöntemleriyle birleştirerek, bu moleküler makinenin sadece nasıl göründüğünü değil, nasıl çalıştığını da ortaya koyabildik. Doğa, helikazda inanılmaz derecede verimli bir nanoscale makine geliştirmiş – bunun nasıl işlediğini anlamak, benzer ilkeleri kullanan sentetik moleküler cihazların teknolojik uygulamalar için tasarlanmasına ilham verebilir,” diyor.

Leicester Yapısal ve Kimyasal Biyoloji Enstitüsü Direktörü Profesör John Schwabe, Leicester Üniversitesi’nde kriyo-elektron mikroskobu tesisini kuran isim olarak, “Bu, dünya lideri tesisimizin yaşamı destekleyen temel mekanizmaları ortaya çıkarmaya katkıda bulunduğu bir başka örnek,” diye ekliyor.

Çalışmanın Teknik Detayları

Yayın Tarihi: 20 Mart 2025
Kaynak: University of Leicester

Bilimsel Referans:
Shahid, T., Danazumi, A. U., Tehseen, M., Alhudhali, L., Clark, A. R., Savva, C. G., Hamdan, S. M., & De Biasio, A. (2025). Structural dynamics of DNA unwinding by a replicative helicase. Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08766-w