Nurgül Kılıç
Giriş
Kriyojenik (donmuş) protein yapılarının yapı ve işlevlerini bilmek ilaç geliştirmek için oldukça önemlidir. St. Jude Çocuk Araştırma Hastanesi’ndeki araştırmacılar, proteinleri dondururken oluşan “yapay doku” yani yanıltıcı sonuçlara neden olabilecek hataları ortaya çıkarmak için bir algoritma oluşturdular. Bu araştırma, Angewandte Chemie International Edition’da yayınlandı ve protein-ligand etkileşimlerindeki su ağlarının önemini ön plana çıkardı. Bulgular, iyi çözülmüş kriyojenik su konumlarının kesin ve doğru olduğu varsayımına meydan okuyor.
Ligandlar, reseptör proteinlerine bağlanan moleküllerdir ve ligand bir proteine bağlandığında, hücrede hem şekil değiştirebilir hem de farklı aktivite türleri başlatılabilir. Araştırmacılar bu özelliklerin ilaç geliştirme sürecinde faydalanılması gerektiğini düşünmektedirler.
Marcus Fischer sadece kriyojenik veriler ile ilaç keşfi için kullanılabilecek bilgilerin bulunamayacağını bunun için kriyojenik ve oda sıcaklıkları arasındaki ikili karşılaştırmaları kullanarak proteinin sıcaklıktan etkilenen kısımlarını saptanabilecek bir yol bulduklarını belirtti.
Araştırmacılar, Yapısal Biyoinformatik Protein Veri Bankası için Araştırma İşbirliği adlı bir veritabanından bilgileri alarak protein yapılarını kullanırlar. Bu yapıların yaklaşık %95’i kriyojenik olarak yakalanır ve kullanım kolaylığı için veri tabanında modellenir. İlaç çalışmalarında, elektron yoğunluk haritası biçimindeki ham deneysel veriler genellikle detaylı incelenmez. Yapısal modeller yerine haritaları sorgulamak, dinamik özellikleri ve kriyojenik artefaktları ortaya çıkarmak için tarafsız bir yaklaşım sağlar.
Flipper Algoritması’nın Vurguladığı Önemli Noktalar
Fischer ve ekibi, elektron yoğunluk haritalarındaki ham deneysel verileri inceleyebilen Flipper adlı bir algoritma geliştirdi. Flipper, görünmeyen harita tepe noktalarını (sinyalleri) kolayca tanımlayabilir. Bu tepe noktaları, sıcaklığa duyarlı konformasyonlara sahip belirli kalıntılardan gelen protein parçalarıdır ve bir durumun diğerine göre tercihini değiştirebilir veya yoğunluğunu değiştirebilir. Flipper adı flip (döndürme) özelliği sayesinde konulmuştur.
Bu yaklaşım araştırmacılar tarafından sıcaklık değişikliklerine tepki veren kalıntıları belirlemek ve tüm protein boyunca barkod benzeri bir sistemdeki kalıntıları izlemek için kullanıldı. Böylece, ligand bağlama bölgesinin içindeki ve dışındaki kalıntıların donma veya ısınma sıcaklıklarına nasıl tepki verdiği gözlemlendi. Sıcaklık ve su ağı yapıları etki edebildiği için, bulgular ilaç araştırmalarında etkili olabilir.
Timothy Stachowski, Flipper ile protein yapılarında sıcaklık ya da farklı sebeplerin neden olabileceği değişiklikleri tespit edilebileceğini ve ilaç araştırmalarında bunun önemli olduğunu belirtti.
Su Ağları İçin Yeni Bir Değerlendirme
Araştırmacılar, su ağlarının önemini gösteren sistematik bir analiz gerçekleştirdiler. Su konformasyonların dondurulmasında özellikle protein-ligand bağlanma bölgelerinde rol oynar.
Fischer, ligand bağlama ara yüzünü modüle etmek için su ağlarında sıcaklığın önemini sistematik olarak ilk kez gösterdiklerini ve ilaç araştırmalarında göz ardı edilse de suyun, ligand bağlanması üzerinde bağlanma bölgesi kalıntılarını etkilediğini ve onları sıcaklığa bağlı olarak değişen pozisyonlarda da gözlemlediklerini belirtti.
Flipper ve farklı ligandların farklı sıcaklıklarda karşılaştırılmasını kolaylaştıran konformasyonel barkod sistemi, diğer araştırmacıların kendi veri kümelerinde bu tür kalıpları tanımlamasını sağlamak için ücretsiz olarak mevcuttur.
Kaynak: https://phys.org/news/2022-06-unfreezing-ligand-sites-aid-drug.html
Görsel Kaynak: https://www.creative-proteomics.com/services/protein-ligand-binding-site-prediction-service.htm
Editör: Yasemin CANKAT