Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign Yerleşkesi ve Cambridge Üniversitesi bilimcileri tarafından yapılan çalışmada üretilen lipid-karıştırıcı DNA enzimi, kendi sınıfında doğal olarak ortaya çıkan enzimlerden daha yüksek performans (üç büyüklük mertebesi farkla) gösteren ilk örnek olma niteliği taşıyor. Ekip, yaptıkları çalışmanın ayrıntılarını Nature Communications dergisindeki yayımladıkları makaleyle paylaştı.

"Hücre zarları iç kısımda ve dış kısımda farklı birer moleküller kümesiyle hizalanmıştır ve hücreler bunu sürdürmeye büyük miktarda kaynak ayırır. Ama hücrenin yaşamının bazı noktalarında, asimetrinin ortadan kaldırılması gerekir. O zaman içeride olan işaretleyiciler dışarıda durumuna gelir; hücre ölümü gibi bazı süreçler için sinyal gönderirler. Doğada bunu yapan enzimler var ve onlara skramblaz deniyor. Bununla birlikte, skramblazların yetersiz olduğu bazı hastalıklarda, bu doğru biçimde olmaz. Bizim sentetik skramblaz enzimimiz, tedavi için yeni bir yol sunabilir," diyor ekip lideri Aleksei Aksimentiev. Proteinden değil de DNA'dan yapılan yeni sentetik enzim, kanser hücrelerinde hücre ölümünü başlatmak için kullanılabilecek bir sinyal yolağını tetikleyerek, hücre zarı içindeki lipid moleküllerini tersyüz edebiliyor.

Aksimentiev'in ekibi, hücre zarlarında porlar ve kanallar oluşturan DNA yapılarına bakarken, DNA skramblaz etkinliğine rastladı. Araştırmacılar, Illinois'deki Mavi Sular süper-bilgisayarını kullanarak, atomik düzeydeki sistemleri modelledi. Zarın içine bazı DNA yapıları yerleştirildiğinde (bu çalışmada, ipliklerden ikisinin uçlarında kolesterol olmak üzere sekiz DNA ipliği öbeği), DNA çevresindeki zardaki lipidlerin, iç ve dış zar katmanları arasında gidip gelmeye başladıklarını gördüler.

Bilgisayar modellerinin öngördüğü skramblaz etkinliğini doğrulamak için Illinois ekibi, Cambridge'ten Ulrich keyser'in ekibi ile ortaklık kurdu. Cambridge ekibi, DNA enzimini sentezledi ve vezikül adı verilen model zar baloncukları içinde, sonra da insan meme kanseri hücreleri içinde sınadı. Cambridge'ten lisansüstü öğrencisi Alexander Ohmann, sentezledikleri DNA nano-yapısının kesinlikle hızlı lipid karıştırılmasını sağladığını gösteren sonuçlar elde ettiklerini belirtiyor. En ilginci de, moleküler dinamik simülasyonlarının işaret ettiği yüksek tersyüz etme oranının büyüklük mertebesinin, deneylerdekiyle aynı olduğunu vurguluyor. Bunun doğal skramblazlarda görülenin bin katı kadar daha hızlı olduğunu söylüyor.

Bilimciler, ışık veya bir başka uyaran ile etkinleşen skramblazlar geliştirmeye çalışacaklarını ve böylelikle sadece istenildiği zaman etkinleştirilip, diğer zamanlarda kapatılabilecek enzimler yapmaya çalışacaklarını müjdeliyor. Bu teknoloji geliştirilebilirse, kişiye özel ve doğrudan sorunlu hücreyi hedefleyen yeni tedaviler geliştirilebilir.