Veritabanı, genomun gözden kaçan bölümlerinin çok sayıda küçük proteini kodladığını doğruluyor.
İnsan genomu ilk kez 20 yıldan uzun bir süre önce dizilendiğinde ortaya çıkan en büyük sürprizlerden biri, bazı bilim insanlarının tahmin ettiği sayının üçte birinden daha az olan, ne kadar az gen içerdiğiydi. 30.000’den az gen ve kodladıkları proteinler insan vücudunu inşa etmek ve çalıştırmak için yeterli görünüyordu; son sayımlar daha da düşerek yaklaşık 20.000’e indi. Ancak bazılarının “karanlık proteom” olarak adlandırdığı şeyin yeni bir sistematik analizi, bilim insanlarının genomun daha önce gözden kaçan bölümlerinde gizlenen ve ortalamadan daha küçük proteinler yapan binlerce geleneksel olmayan geni kaçırdığını öne sürüyor.
Yeni tanımlanan genler ve ürünleri insan biyolojisinin bazı yönlerini altüst edebilir ve tıbbi keşifleri hızlandırabilir. Örneğin, yeni bulunan bir gen, çocukluk çağı kanserine karşı anahtar gibi görünen minyatür bir protein üretiyor.
Geçtiğimiz ay bioRxiv’de yayınlanan ön baskıda açıklanan bilgiye göre, yeni araştırmaya dahil olmayan Salk Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü’nde kimyasal biyolog olan Alan Saghatelian, “Karanlık proteomdaki proteinlerin ne olduğunu ve nasıl katkıda bulunduklarını bilmediğimiz sürece hastalıkları [tedavi etme] yeteneğimiz sınırlı olacak” diyor .
Analizin liderlerinden biri olan John Prensner, karanlık proteomu incelemeye başladı çünkü bilinen genler arasında kanserle ilgili olanları bulmak için yaptığı aramaların çoğu boş çıktı. Michigan Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde şu anda çocuk nöroonkoloğu olan Prensner, “Genomun geri kalanının neler sunabileceğiyle ilgilendim,” diye hatırlıyor.
Kendisi ve meslektaşları, tipik olarak bir hücreye nerede başlayıp nerede okumayı bırakacağını söyleyen sinyallere sahip, açık okuma çerçevesi (ORF) olarak bilinen uzun bir protein kodlayan DNA dizisinden oluştuğu varsayılan bir genin standart tanımını genişletti. Bir hücre, ORF dizisini, amino asit dizilerini proteinlere birleştiren ribozomlar adı verilen hücresel fabrikalara giden haberci RNA’ya aktarır. Tipik bir ORF, genin okunması için gereken proteinleri çeken bir DNA parçasıyla da öncelenir. Ve çoğu araştırmacı için, bir ORF, 100 veya daha fazla amino asit içeren bir proteini kodluyorsa gen olarak nitelendirilir.
Ancak mayadan yılanlara ve insanlara kadar her şeyi inceleyen biyologlar yakın zamanda, bu önsöz parçacıklarından yoksun ve ortalamadan daha kısa olan, sözde kanonik olmayan ORF’lerin bolluğunu ortaya çıkardılar. Yine de bunlar sıklıkla RNA’ya transkripsiyona uğrar ve ribozomal profilleme veya Ribo-Seq olarak bilinen bir yöntem, transkripsiyona uğrayan RNA’ların çoğunun ribozomlara bağlandığını ve burada kısa amino asit zincirlerine, hatta bir düzineden az animo asit içeren proteinlere bile çevrilebileceğini göstermiştir .
Yine de birçok bilim insanı, ortaya çıkan miniproteinleri önemsiz olarak görüp, bunların hızla parçalanan “gürültü” olduğunu düşündü. Toronto’daki Sick Children Hastanesi’nde biyokimyacı olan Ji-Young Youn, insanları bu ORF’lerin ciddi bir incelemeye değer olduğuna ikna etmenin çok zor olduğunu söylüyor.
Ancak yaklaşık 3 yıl önce Prensner ve meslektaşları kanser hücrelerinin bu mikroproteinlerden yaklaşık 550 tane içerdiğini gösterdi. İki yıl önce, Oncode Enstitüsü’nün Prenses Máxima Pediatrik Onkoloji Merkezi’nde sistem biyoloğu olan Sebastiaan van Heesch, kalp dokusunda benzer sayıda minik protein buldu. Prensner, “Sebastiaan ve ben çok, çok havalı olan bu genleri buluyorduk ve dünyanın bunları bilmesi gerektiğini düşündük,” diyor.
Bu yüzden, resmen tanınan genlerin veritabanı olan GENCODE’dan gen açıklama uzmanı Jonathan Mudge ile bir araya geldiler ve sonunda dört kıtadaki 20 kurumdan birkaç düzine araştırmacıyı, kaç tane insan kanonik olmayan ORF’sinin var olduğunu değerlendirmelerine yardımcı olmaları için işe aldılar. Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’nın Avrupa Biyoenformatik Enstitüsü’nde hesaplamalı biyolog olan Fergal Martin, bunun “nispeten yeni bir alana düzen getirmek için bir tür süper konsorsiyum haline geldiğini” söylüyor.
Bu grup kendi deneylerini yürütmedi, ancak başkalarının yaptıklarını araştırdı, önce ribozom profilleme makalelerini taradı. 2022’ye kadar bilim insanları insan genomunda 7264 kanonik olmayan ORF’yi takip etti. Tüm insan proteinlerini kataloglamayı amaçlayan Human Proteome Organization ve proteinler hakkında kütle spektrometrisi verilerini derleyen PeptideAtlas’ın yardımıyla, bu ORF’lerin protein ürettiğini göstermeye koyuldular.
Youn, bunun “büyük bir meydan okuma” olduğunu belirtiyor. Konsorsiyum, ORF dizileriyle eşleşen küçük proteinler için PeptideAtlas’ın kütle spektrometrisi veri arşivini taramış ve insan bağışıklık sistemi tarafından tespit edilen protein parçalarını kataloglayan yayınlanmış deneyleri, yani immünopeptitomics adı verilen gelişen bir alanı incelemiştir. Toplamda, saydıkları 7264 kanonik olmayan ORF’nin dörtte birinin protein ürettiğini, toplamda yaklaşık 3000’inin protein ürettiğini doğruladılar. (Bir ORF, birden fazla protein üretmek için birden fazla şekilde okunabilir.)
Stanford Üniversitesi genetikçisi ve mikropların karanlık proteomunu araştıran Ami Bhatt, yeni keşfedilen miniproteinlerin “[insan] genomunun kodlama kısmının daha eksiksiz bir resmini sunmaya yardımcı olduğunu” söylüyor.
Ayrıca bilim insanlarına çalışma için yeni biyomedikal hedefler de veriyorlar. Prensner ve van Heesch, karanlık proteom çalışmalarında erken dönemde tanımladıkları bir ORF ve onun miniproteinini takip etmeye çoktan başlamıştı. ORF’de mutasyonlar tanıtmak için gen düzenleyicisi CRISPR’ı kullanarak, proteininin kanser hücrelerindeki önemini inceleyebildiler. Küçük olsa da, ORF’nin ürünü, çocukları etkileyen bir beyin kanseri olan medulloblastoma tümörlerinin hayatta kalması için elzemdir, 18 Ocak’ta Molecular Cell’de bildirdiler .
Prensner, “Her gün bir araştırma bölümü açıp ‘Hastalar için yepyeni bir ilaç hedefleri sınıfımız olabilir’ diyemezsiniz,” diyor. Bu miniprotein insan genomunun orijinal analizinde yoktu, ancak Saghatelian, “medulloblastomada kritik bir rolü var,” diye katılıyor.
Prensner ayrıca, mikroprotein hedeflerine dayalı obezite tedavileri geliştirmek için ilaç devi Pfizer ile ortaklık kuran Massachusetts merkezli ProFound Therapeutics adlı bir şirkete danışmanlık yapıyor . Ön baskının bir diğer ortak yazarı, California Üniversitesi, Irvine’de protein biyokimyacısı olan Thomas Martinez ve ekibi, pankreas kanseri ve metabolik hastalıklarda rol oynayan minik proteinleri takip ediyor. Martinez, “En çok mikroproteinleri terapötik çabalara, umarım hem biyobelirteçler hem de ilaç hedefleri olarak dönüştürme konusunda heyecanlıyım,” diyor. “Bu engel aşıldığında, alana olan ilginin önemli ölçüde artacağını düşünüyorum.”
Martinez karanlık proteomun ne kadarının ortaya çıkarıldığından memnun olsa da Youn daha fazlasının bulunması gerektiğine inanıyor. Ekibinin ve diğerlerinin yaptığı çalışmanın, görünmeyen bir miniprotein popülasyonuna sadece “ışık parçacıkları” düşürdüğünü söylüyor. Ekibi, giderek daha küçük molekülleri tespit etmek için kütle spektrometrisi tekniklerini geliştiriyor ve bunları beyin gelişiminde rol oynayan miniproteinleri bulmak için kullanmayı umuyor.
Tüm bunlar insan genlerinin sayısını nereye bırakıyor? Karanlık proteom toplamı açıkça artırdı, ancak kimse gerçek sayıyı bilmiyor.
Martinez, “Bana kalırsa 100.000 kadar yüksek olmayacaktır” diyor, “Ancak 50.000’in de olasılık dahilinde olduğunu düşünüyorum.”
Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.
