Hücre çekirdeğinin içerisinde bulunan DNA’da yerleşmiş olan birçok işlevsel bölgenin birbirlerinden ayırt edilmesinde, DNA ve histon modifikasyonlarının birlikte oluşturduğu karakteristik kalıplar etkindir. Bu modifikasyonlar kromozom yapısını etkilediğinden DNA regülasyonunda önemli etkilere sahiptir. Çoğu gen düzenleyici proteinin birden fazla kromozom bağlanma bölgesi bulunmaktadır. Bu onların birden fazla modifikasyonu tanıma özelliğine sahip olduklarını göstermektedir ancak günümüzde yapılan çalışmalar ile bu işleve sahip proteinlerin çok az miktarı bilinmektedir. Bu yüzden histonlarda yer alan kompleks modifikasyon kalıplarının, hücrede tam olarak hangi mekanizmalarla yorumlandığı hala gizemini korumaktadır.
Lucauskas ve arkadaşları, DNA ve histon modifikasyonlarının histon varyantları ve internükleozomal bağlayıcı DNA ile kombinasyon halinde etkileşimi yoluyla kromatin durumlarının nükleer proteinler tarafından nasıl yorumlandığını ve kodunun çözüldüğünü anlamayı amaçlamıştır. Yapılan çalışmada1 çok boyutlu kütle spektrometresi (Multidimensional mass spectrometry) tabanlı kromatin profilleme stratejisi ile kombine edilmiş büyük çaplı nükleozom afinite saflaştırması ve kromozom immünopresipitasyon yöntemi kullanılmıştır. Yaklaşık 2.000 nükleer proteinin promotör, güçlendirici ve heterokromatin durumlarını temsil eden 80’den fazla modifiye edilmiş dinükleozomla etkileşimini kapsamlı bir şekilde incelemek için çok boyutlu proteomik yaklaşımdan yararlanmış, NGS analizi (Next-generation sequencing) için bilgisayar bazlı metotlar kullanmıştır.
Çalışma, karmaşık nükleozom bağlanma profillerini ayrıştırarak, birlikte düzenlenen protein ağlarını ve protein alımını veya dışlanmasını yönlendiren farklı nükleozomal özellikleri tanımlamaktadır. Araştırmacılar, farklı özelliklere verilen son derece farklı bağlanma yanıtlarını, birden fazla özelliği tanıyan birçok faktörü ve nükleozomal modifikasyonların ve bağlayıcı DNA’nın, proteinin kromatine bağlanmasını düzenlemede büyük ölçüde bağımsız olarak çalıştığını keşfetmiştir.
Histon modifikasyonlarını ve bunların bağlayıcı proteinlerini tanımlamak için SILAC (Stable isotope labelling by amino acids) yöntemi, etiketsiz nükleozom afinite saflaştırmaları kullanılarak SNAP (SILAC nucleosome affinity purification) deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyde ağır ve hafif izotoplarla işaretlenmiş proteinlerin spesifik bir modifikasyon bölgesine bağlanırken nasıl bir davranış sergilediği, log2 [H/L] adı verilen bir orandaki değişikliklerle saptandı. Bulgular MARCS adı verilen online görüntüleme sitesinde bir harita şeklinde yayınlanmıştır. Harita ve protein davranışları göz önüne alınarak proteinlerin modifikasyon bölgeleriyle olan etkileşiminde, tek modifikasyona karşı tek protein etkileşimi gibi basit ya da bir proteinin birden çok bölgeye bağlanması veya sinerjik etkiler gibi kompleks bağlanma kalıpları gözlemlendiği saptanmıştır. Kompleks bağlanma kalıplarının nasıl işlediğini anlamak için yapılan haritadaki bir modifikasyon seçilmiş ve bu modifikasyonlarla ilişkili proteinlerin, üzerlerinde ufak farklılıklar bulunan dinükleozomlarla olan etkileşimi sonucunda elde edilen log2 [H/L] oranları karşılaştırılmıştır. Bu yöntem 15 spesifik modifikasyon birimine uygulanmıştır böylelikle modifikasyon etki tahmini adı verilen, bir proteinin spesifik bir modifikasyona karşı olan ortalama tepkisi ortaya konulmuş ve bağlanma cevapları 40 farklı gruba ayrılmıştır. İlgili tabloları MARCS’da bulabilirsiniz.
Çeşitli analizler sonucunda, kompleks proteinlerin alt ünitelerinin çok benzer bağlanma davranışları sergilediğinin anlaşılması sonucu kromozom bölgeleriyle etkileşen proteinlerin bir ağı çıkarılmıştır. Bu ağın, özellikle kompleks protein-kromatit etkileşimlerinin açıklanmasında, yeni protein-protein etkileşimlerini tahmin etmek ve sinerjik mekanizmaların ortaya konulmasında oldukça yararlı ve güvenilir bir kaynak olduğu çeşitli testlerle ve analizlerle saptanmıştır. Yapılan ek deneylerle bağlayıcı DNA’da bulunan modifikasyonların, bu bölgelerin proteinlerinin kromozoma bağlanması ve aralarındaki etkileşime bir etkisi olmadığı ancak bu bölgenin uzunluğunun artmasıyla proteinlerin ilgili kromatit bağlanma bölgelerine bağlanmasının azaldığı anlaşılmıştır fakat bu durumun deney düzeneğindeki eksikliklerden kaynaklanmış olabileceği göz önünde bulundurulmalıdır.
Sonuç olarak, uygulanan pürifikasyon deneyleri ve elde edilen bulguların haritalara dökülmesi ve bir protein ağı oluşturulmasıyla kompleks protein kromatit bağlanma mekanizmaları ve proteinler arasındaki sinerjik etkiler ortaya konmuştur Bulgular, hesaplamalı ağ analizi ve kütle spektrometresi verilerinden yararlanılarak, kromatinin içindeki protein etkileşimleri ve epigenetik modifikasyonlar hakkında değerli bilgiler sunmaktadır. Elde edilen veriler, gelecekteki kromatin araştırmalarında kullanılması amacıyla MARCS adı verilen interaktif online bir sitede yayınlanmıştır2. Bu verilerin yeni kromozom- protein etkileşimlerinin farklı boyutlarının tahmininde oldukça güvenilir bir kaynak olduğu çeşitli analizlerle ortaya konmuştur.
Yazar: Hatice Nur Kapan
Editör: Sude Nur Arslan
Referanslar:
1. Lukauskas, S., Tvardovskiy, A., Nguyen, N. V, Stadler, M., Faull, P., Ravnsborg, T., Özdemir Aygenli, B., Dornauer, S., Flynn, H., Lindeboom, R. G. H., Barth, T. K., Brockers, K., Hauck, S. M., Vermeulen, M., Snijders, A. P., Müller, C. L., DiMaggio, P. A., Jensen, O. N., Schneider, R., & Bartke, T. (2024). Decoding chromatin states by proteomic profiling of nucleosome readers. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07141-5
2. https://marcs.helmholtz-munich.de/
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
MSc. Stu. Uskudar Uni. | Bioinformatics
Bioinforange Genel Yöneticisi