Tüm canlıların biyolojisinde rol oynayan tamamen yeni bir molekül keşfedildi: GlikoRNA

Stanford‘lu araştırmacılar, tüm canlıların biyolojisinde önemli rol oynayabilecek yeni bir biyomolekül keşfettiler: glikoRNA.

Şeker ile modifiye olmuş RNA’dan oluşan bu yeni biyomolekül, tüm yaşam formlarında bulunuyor olabilir ve de otoimmün hastalıklara katkıda bulunabilir.

GlikoRNA nedir?

Glikozilasyon, enzimler aracılığıyla sakkaritlerin birbirine bağlanarak proteinlere ve yağlara bağlı glikanlar oluşturma sürecidir. Bu haliyle glikanlar, şekerli biyomoleküllerdir. Şimdi de elimizde RNA’nın da glikozilasyon için üçüncü bir iskelet olarak kullanıldığına dair kanıtlar var.

GlikoRNA, üzerinden sarkan glikan adı verilen şeker moleküllerine sahip bir ribonükleik asit (RNA) şerididir ve biyoloji için yeni bir moleküldür. Şimdiye kadar bilim tarafından bilinen benzer şekilde şeker ile dekore edilmiş moleküller sadece yağlar ve proteinlerdi. Bu glikolipidler ve glikoproteinler, hayvan, bitki ve mikrobiyal hücrelerin içinde ve üzerinde her yerde bulunur ve yaşam için gerekli olan çok çeşitli süreçlere katkıda bulunurlar.

Yeni bulunan glikoRNA’lar, ne enderler ne de gizliler. Kimsenin onları aramayı düşünmemesinden dolayı şimdiye kadar gizli kaldılar.

Cell dergisinde yayınlanan 17 Mayız tarihli çalışma bulguları açıklıyor.

Stanford School of Humanities and Sciences’da Kimya alanında profesör olan ve araştırmanın yazarlarından olan Carolyn Bertozzi "Bu, tamamen yeni bir biyomolekül sınıfının çarpıcı bir keşfi" dedi. "Bu gerçekten bir bomba çünkü keşif, hücrede bizim için tamamen bilinmeyen biyomoleküler yollar olduğunu gösteriyor."

"Dahası," diye ekledi Bertozzi, "glikoRNA oluşturmak için glikanlar tarafından modifiye edilen bazı RNA'ların otoimmün hastalıklarla ilişkili kötü bir geçmişi var."

Bertozzi, çoğunlukla bir önseziye dayanarak glikoRNA'yı kovalayan doktora sonrası bir araştırmacı olarak laboratuvarında aylarca çalışan araştırmanın baş yazarı Ryan Flynn'e övgüde bulundu.

Stem Bölümü'nde Boston Çocuk Hastanesi Hücre ve Rejeneratif Biyoloji Bölümünde doçent olan Flynn, "Carolyn'in laboratuvarına gelip 'glikanlar RNA'ya bağlanabilirse ne olur?' diye sormuştum, bu daha önce keşfedilmemiş bir şeydi. Merak etmeyi ve sorular sormayı seviyorum ve bu beklenmedik cevaba ulaşmak son derece memnuniyet vericiydi." dedi.

Araştırmaya açık görüşlülük ile yaklaşmak

Çığır açan kariyeri boyunca Bertozzi, bir zamanlar sınırda olan glikobiyoloji alanını ana akım haline getirdi. Son 25 yıldır çalışmaları biyologların, hücrelerimizi inceleyen ve uzun süredir gözden kaçan şeker yapıları olan glikanların, RNA ve DNA gibi proteinler ve nükleik asitler kadar önemli olduğunu anlamalarına yardımcı oldu.

Flynn, Bertozzi'nin laboratuvarına katıldığında glikanlar hakkında çok az şey bildiğini itiraf ediyor. Kendisinin uzmanlık alanı, tıp derecesi ve doktorasının odak noktası olan RNA'dır. Flynn, bu dereceleri Virginia ve D. K. Ludwig Kanser Araştırmaları Profesörü ve Stanford'da Genetik Profesörü olan Howard Chang’in danışmanlığında kazandı.

"Ryan RNA'dır, ben ise glikanım" diyor Bertozzi. "Tamamen farklı geçmişlere sahibiz."

RNA ve glikan araştırma alanları geleneksel olarak farklıdır çünkü biyomoleküller farklı hücresel yerlerde oluşur ve çalışır. Çoğu RNA türü, genomun tutulduğu hücrenin çekirdeğinde olduğu kadar, protein sentezinin gerçekleştiği sitozolde de yaşar. Glikanlar, aksine, zarlarla bağlanan hücre altı yapılardan kaynaklanır ve bu nedenle RNA'ların işgal ettiği boşluklardan ayrılır. Glikoproteinler ve glikolipidler, hücre yüzeyinde lokalize olurlar, hücre dışı moleküller için bağlanma yerleri görevi görür ve diğer hücrelerle iletişim kurarlar (Glikolipidlere bir örnek, kan grubumuzu tanımlayan moleküllerdir).

Bertozzi, "Sadece ders kitaplarına bakacak olursak, RNA ve glikanlar iki ayrı dünyada yaşarlar" dedi.

Hücre yüzeyinde bulunan garip bir molekül parçası Flynn'in ilgisini çekti. Bilimsel literatürde RNA alanında çok az çalışılmış bir enzimin, bazı proteinlere glikan eklediği (glikosilat) ve ayrıca RNA'lara bağlanabildiği notunu almıştı. Flynn, bu enzimin proteinler ve RNA için karşılıklı afinitesine dayanarak, RNA ve glikanlar arasında daha doğrudan bir bağlantı olup olmadığını görmeye karar verdi.

Bertozzi, "Ryan glikozilasyon ve RNA arasındaki olası bir bağlantıyı keşfetmeye başladığında, herhangi bir şey bulma şansının çok düşük olduğunu düşündüm. Ama bunu araştırmanın zarar vermeyeceğini düşündüm."

Av peşinde

Flynn, varsayımsal glikoRNA arayışında bir dizi teknik kullandı. En etkili olanlardan biri, doğal olarak meydana gelen süreçleri bozmadan canlı hücrelerin incelenmesini sağlamak için Bertozzi'nin öncülüğünü yaptığı biyo-ortogonal kimyaydı. Bu yöntem, göze batmayan bir "muhabir" kimyasalın, belirli reaksiyonlara girerken ışık yayan bir biyomoleküle bağlanmasını içerir.

Flynn, şekerlerin hangi biyomoleküllere bağlandığını ve şeker bağlı biyomoleküllerin hücrelerin içinde ve üzerinde nerede olduğunu görmek için "ampulleri" bildirerek birçok farklı glikanı donattı. RNA hazırlama ve üzerinde çalışma deneyimlerine dayanarak Flynn, daha önce araştırıldığı gibi hücrelerin içindeki protein ve lipid içeren bölmelerin ötesine geçti.

Bertozzi, "Ryan, glikanlara ve RNA'ya bu şekilde baktığını bildiğimiz ilk kişidir" dedi.

Aylar süren sinir bozucu olumsuz ve kafa karıştırıcı sonuçlardan sonra, Flynn verilerini yeniden değerlendirdi. Sialik asit için bir öncü molekülle birleştirilen etiketli bir şekerin ortaya çıkmaya devam ettiğini fark etti.

Flynn, "Bu sinyali gördüğümde, gerçekten orada bir şey varmış gibi hissettim," dedi.

Bertozzi, "Ryan'ın bu konuya önyargılı kavramlar ve bilinçsiz önyargılar ile gelmemesi gerçekten önemliydi" dedi. "Zihni, biyoloji hakkında bildiğimizi düşündüğümüz şeyleri ihlal eden olasılıklara açıktı."

GlikoRNA’ların anlamı

Flynn ve meslektaşları, insan hücrelerinde görünüşte yeni olan glikoRNA'nın varlığını belgeledikten sonra, onu diğer hücrelerde aradılar. Test ettikleri her hücre tipinde - insan, fare, hamster ve zebra balığı - glikoRNA'lar buldular.

Farklı organizmalarda glikoRNA'ların varlığı, temelde önemli işlevleri yerine getirdiklerini gösterir. Dahası, RNA'lar yapısal olarak yüz milyonlardan milyarlarca yıl önce evrimsel olarak ayrılan yaratıklarda benzerdir. Bertozzi, bu, glikoRNA'ların eski kökenlere sahip olabileceğini ve Dünya'daki yaşamın ortaya çıkışında bir rol oynayabileceğini gösteriyor.

Flynn, glikoRNA'ların işlevi henüz bilinmemekle birlikte, vücudun kendi dokularına ve hücrelerine saldırmasına neden olan otoimmün hastalıklarla bağlantılı olabilecekleri için daha fazla çalışmayı hak ettiğini açıkladı. Örneğin, lupus hastalığından muzdarip insanların bağışıklık sistemlerinin, glikoRNA'lar oluşturabilen birkaç spesifik RNA'yı hedeflediği bilinmektedir.

Flynn, "Bu glikoRNA'lar gibi yepyeni bir şey bulduğunuzda, sorulacak çok soru oluyor" dedi.