Proteinler nasıl konuşur?

Proteinler yağlar gibi moleküller hücrelerimizin yapıtaşlarıdır. Vücutlarımızın, organlarımızın ve tabii ki hücrelerimizin işleyişi bu moleküllerin hücre içindeki işlevlerini doğru olarak yerine getirmesine bağlıdır. Proteinlerimiz hücre içindeki işlevlerini yaparken kendi aralarında bir çeşit iletişim kurarlar. Biz bu iletişime “konuşma” diyoruz. Proteinlerimiz de bizim gibi sesler çıkararak olmasa da birbiriyle konuşur. Bu konuşma onların hem tek tek hem de bir bütün olarak görevlerini tam olarak yerine getirmesini sağlar. Proteinler birçok farklı şekilde iletişim kurabilir. Bunlar çoğunlukla molekül düzeyinde meydana gelen kimyasal ya da şekilsel değişimler yoluyla iletişimi sağlarlar. Bunların toplamına hücre içi sinyal iletim mekanizmaları denilmektedir. Hücre içindeki çoğu protein bu sinyal iletim mekanizmalarında yer alır. Bizler bu karmaşık sinyal iletim mekanizmalarını yeni yeni deşifre etmeye başladık. “Hücre içinde hangi proteinin ya da proteinlerin hangi protein ya da proteinlerle konuşması hücrenin belli bir işlevini yerine getirmesini sağlıyor” ve “Bu konuşma hangi yollarla meydana geliyor” soruları bu mekanizmaların araştırılmasını ve bir kısmının açığa çıkarılmasını sağladı. Özellikle kanser araştırmalarından bu sinyal iletim mekanizmalarında görülebilen bozuklukların kansere neden olabileceğini öğrendik. Pek çok yeni ilaç bu bilgiler ve bulgular üzerinde geliştirildi ve hala geliştiriliyor. Proteinlerin nasıl iletişim kurduğuna dair en çok çalışma herhalde kaspaz-3 proteini ve onun etkileşimde bulunduğu proteinler üzerinde yapılmaktadır. Kaspaz-3, proteinleri belirli yerlerinden kesen bir enzimdir. Bu enzime bir nevi moleküler makas da diyebiliriz. Kaspaz-3 enzimi için hedef proteinler üzerinde belirli kesim alanları bulunmaktadır. Kaspaz-3 memelilerde programlı hücre ölümü denilen apoptoz mekanizmasında önemli bir rol oynamaktadır. Apoptoz pek çok biyolojik sistemde hücrelerin seçilerek yok edilmesi işlevini görmektedir. Örneğin anne karnında gelişimini tamamlamakta olan fetüslerde başlangıçta perde el ve ayak varken, daha sonra apoptoz mekanizması ile perdeyi oluşturan hücreler ölür. Böylece el ve ayak parmakları oluşur. Tersine bir örnek verirsek, kanserli dokularda apoptoz mekanizması çalışmadığı için programlanmış hücre ölümü olmaz ve doku büyümeye devam eder. 20 Eylül’de Nature Structural and Molecular Biology (Nature Yapısal ve Moleküler Biyoloji) isimli bilimsel dergide kaspaz-3 ile ilgili yayımlanan araştırma bugüne kadar proteinleri kesen enzimler hakkındaki bilgimizi kökünden sarsacak bir bulguya sahip. Bu aslında protein kesen tüm enzimlerle ilgili olan bir dogmayı yıkıyor. Bu enzimlerin genel adı proteazdır. Bu çalışmaya kadar proteazların sadece herhangi bir şekli olmayan protein düz zincir bölgelerinden proteinleri kestiği düşünülüyordu. Bu çalışma ile alfa-heliks yapısındaki protein bölgelerinden de proteinleri kesebildiği ortaya çıktı. Proteinler belli amino asitlerin yan yana dizilip peptid bağları aracılığı ile zincirler oluşturmasıyla ortaya çıkarlar. Proteinler sentezlendikten sonra tümüyle zincir halinde kalmazlar. Aminoasit yan gruplarının kimyasal, elektrostatik ya da hidrojen bağları kurarak etkileşimleri onların iki ve üç boyutlu yapılar almalarını sağlar. Proteinin normal işlevini sağlayan bu iki ve üç boyutlu yapılardır. İki boyutlu yapıya baktığımızda, bir proteinde amino asit zincirinin ya alfa-heliks denilen sarmal bir yapı oluşturduğunu, ya beta düzlemsel tabaka şeklinde bir yapı oluşturduğunu ya da hiçbir ikincil yapı oluşturmadan düz zincir halinde kaldığını görürüz. İşte bu çalışma kaspaz-3’ün proteinleri hem düz zincir bölgelerinden hem de alfa-heliks denilen sarmal yapıdaki bölgelerden kesebildiğini gösterdi. Araştırmacılar bu bulgunun tersine alfa-heliks yapıdan kesimin kaspaz-3’ün asli görevi olmadığı düşüncesindeler. Bunların yanında araştırmacılar insanlarda kaspaz-3 enziminin kendi substratları ile birlikte evrimleştiğini gösterdiler. Araştırma, insan kaspaz-3 enziminin, insan proteinlerini keserken, E. coli bakterisine ait proteinleri verimli olarak kesmediğini; buna karşın insan ve E. coli melezi proteinlerin kesiminin oldukça kolaylaştığını gösterdi. Kaspaz-3 gibi proteinler diğer proteinlerin işlevlerini kesim yoluyla değiştirdikleri için hücre sinyal iletim mekanizmaları için önemlidir. Bunların diğer proteinlerle nasıl etkileştiklerini (konuştuklarını) anlamak, pek çok hastalığın ilerleyişini anlamamıza yardımcı olacaktır.
Günseli Bayram