Genom mühendisliği ve biyomedikal araştırmalarda genetik materyalin hassas biçimde değiştirilmesi, genom düzenleme araçlarının özgüllüğünün artırılması, etkili ve hassas düzenleme sonuçları elde edilmesi açısından kritik bir önem taşımaktadır. Bununla birlikte, mevcut biyokimyasal düzenleme araçlarının özgüllüğünü yükseltmeye yönelik geleneksel yöntemler; deneysel iş yükünün yüksekliği, rasyonel tasarım süreçlerindeki düşük başarı oranları ve en önemlisi enzimatik katalitik aktivite ile hedef özgüllüğü arasında sıklıkla gözlenen zorunlu ödünleşmeler nedeniyle sınırlı kalmaktadır.
Mevcut protein dili modelleri ve ters katlanma algoritmaları protein işlevselliğini optimize edebilse de yalnızca hedef DNA dizisinin değiştiği hedef-içi ve hedef-dışı protein-DNA-RNA üçlü komplekslerindeki konformasyonel farklılıkları ayırt edememekte, bu durum da özgüllüğü belirleyen temel moleküler mekanizmaların hesaplamalı yöntemlerle tanımlanmasını zorlaştırmaktadır. Araştırmacılar, üçlü kompleks yapılarındaki bu hassas etkileşim çözümlemek ve hedef-dışı adenin ile sitozin baz düzenleme etkinliklerini azaltacak yapay zeka destekli modelleme stratejisi geliştirmeyi amaçlamıştır.
Çalışmada, derin öğrenme modeli AlphaFold3 tarafından tahmin edilen temas olasılığı (CP) matrislerini hedef-dışı dizilim verileriyle birleştiren ContactSeek isimli hesaplamalı bir çerçeve geliştirilmiştir. Araştırmacılar öncelikle dI-profiling (hücre içinde adenin deaminasyonu sonucu oluşan deoksinosin ara ürünlerini zenginleştirerek dizileme yapan yöntem) yaklaşımıyla genom çapında hedef-dışı alanları haritalandırmış ve bu dizileri AlphaFold3 modeline girdi olarak sunmuştur. Çalışmada, üç boyutlu kompleks yapılarının karşılaştırılmasına kıyasla iki rezidü veya nükleotidin 8 Å içinde bulunma olasılığını ölçen temas olasılığının, hedef-içi ve hedef-dışı kompleksler arasındaki etkileşim farklılıklarını tespit etmede daha duyarlı bir çıktı sunduğu tespit edilmiştir. ContactSeek, temas olasılığı verileri ile dizileme tabanlı hedef-dışı sinyalleri ilişkilendirerek Cas proteininde DNA ve sgRNA ile tutarlı temas değişimleri sergileyen CCR ( konsensüs temas bölgeleri) bölgelerini saptamış ve bu bölgeler içinden özgüllüğü belirleyen kritik amino asit kalıntılarını derecelendirerek mutasyon adaylarını belirlemiştir.
Yapılan deneysel doğrulamalarda, ContactSeek algoritması tarafından önerilen SpCas9 (K1020D) ve deaminaz TadA8e (F156D) mutasyonlarının birleşimiyle oluşturulan ABE8e-DD varyantı, hedef-içi düzenleme verimliliğini %90’ın üzerinde korurken, sgRNA-bağımlı DNA hedef-dışı düzenleme oranını etkinliğini önemli ölçüde azaltmıştır. K1020D varyantında, iki sgRNA için genom çapındaki hedef-dışı düzenleme etkinliğinde sırasıyla yaklaşık %83,0 ve %69,0 azalma görülmüştür. ABE8e-DD ise HEK293T hücrelerinde HEK4 sgRNA’sı kullanılarak yapılan karşılaştırmada, toplam hedef-dışı sinyalleri ABE8e(V28C), ABE8e(V106W), ABE8e(N108Q) ve ABE8e’ye kıyasla sırasıyla %91,4, %96,5, %92,5 ve %99,0 oranında azaltmıştır. Bu çalışma, AlphaFold3 modelinin Pairformer gövdesinden türetilen temas olasılığı çıktısının protein-nükleik asit üçlü komplekslerindeki etkileşim farklılıklarını yüksek duyarlılıkla yakalayabildiğini göstermekte ve genom düzenleme araçlarının özgüllüğünü artırmada yapısal biyoloji ile işlevsel dizileme verilerini entegre eden yeni bir yapay zeka yaklaşımı sunmaktadır. Geliştirilen ContactSeek çerçevesinin, eşleştirilmiş özgüllük ölçümleriyle birlikte geniş bir DNA ve RNA düzenleme araçları yelpazesine uygulanabileceği öngörülmektedir.
Yazar: Ayşe Nur Toroslar
Editör: Damla Özdemir
Referans:Meng, H., Lei, Z., Yan, Y., Wang, L., Zhang, S., Rao, X., Shao, C., Zhang, X., Chen, K., Yang, L., Liu, R., Yang, G., Shen, R., Gu, R., Wang, X., Wang, Y., Lu, S., Lv, Z., He, B., Wen, H., Li, D., & Yi, C. (2026). Precise DNA base editing using AlphaFold3-based contact modelling. Nature, 656, 463–473. https://doi.org/10.1038/s41586-026-10794-z
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
