İleri glikasyon son ürünleri (AGE; proteinlerin, lipitlerin veya nükleik asitlerin şeker türevleriyle geri dönüşü zor kimyasal değişikliklere uğraması sonucu oluşan yapılar), yaşlanma süreciyle birlikte dokularda birikerek proteinlerin yapısal bütünlüğünü ve biyolojik işlevlerini etkileyebilmektedir. Bu modifikasyonlardan biri olan Nε-karboksimetil lizin (CML), özellikle uzun ömürlü proteinlerde biriken ve yaşlanma ile ilişkili biyokimyasal değişikliklerin göstergeleri arasında yer alan kararlı bir glikasyon ürünüdür. Hücrelerde bulunan doğal savunma mekanizmaları, CML oluşumuna yol açan reaktif ara ürünleri etkisiz hâle getirebilse de proteinlere bağlanmış CML modifikasyonlarını ortadan kaldıramamaktadır. Bu nedenle, oluşmuş glikasyon hasarının doğrudan onarılmasına yönelik enzimatik yaklaşımlar, yaşlanma biyolojisi ve protein mühendisliği alanında uzun süredir çözüm bekleyen araştırma konuları arasında bulunmaktadır.
Trabosh ve çalışma arkadaşları tarafından gerçekleştirilen bu araştırmada, proteinlere bağlanmış CML modifikasyonlarını seçici olarak uzaklaştırabilen CMLase adlı mühendislik ürünü bir enzim geliştirilmiştir. Araştırmanın temel amacı, daha önce doğal biyolojik sistemlerde gösterilememiş olan protein deglikasyonunu (proteinlere bağlanmış glikasyon ürünlerinin enzimatik olarak uzaklaştırılması) gerçekleştirebilen bir biyokatalizör tasarlamaktır. Araştırmacılar bu amaçla düşük düzeyde CML oksidaz aktivitesine sahip bir glisin oksidaz homologunu başlangıç enzimi olarak seçmiş ve yönlendirilmiş evrim (directed evolution; istenen özellikleri geliştirmek amacıyla ardışık mutasyon ve seçilim döngülerinin uygulanması) ile hesaplamalı protein tasarımını birlikte kullanarak enzimin substrat seçiciliğini ve katalitik etkinliğini artırmayı hedeflemiştir. Böylece CML modifikasyonunu hedef alırken doğal lizin kalıntısını koruyabilen bir enzim elde edilmesi amaçlanmıştır.
Araştırmada yüz milyonlarca enzim varyantı taranmış ve geliştirilen enzimin performansı farklı deneysel sistemlerde ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. İlk olarak CML ile modifiye edilmiş sentetik peptitler üzerinde gerçekleştirilen analizlerin ardından serum albümini, kollajen, hemoglobin ve kazein gibi farklı proteinlerde enzimin etkinliği incelenmiştir. Deneysel doğrulama sürecinde SDS-PAGE, Western blot, ELISA, proteomik analizler ve LC-MS/MS (sıvı kromatografisi-kütle spektrometrisi) gibi birbirini tamamlayan yöntemlerden yararlanılmıştır. Bunun yanı sıra, enzimin yalnızca laboratuvar ortamında hazırlanan proteinlerde değil, yaşlanmaya bağlı olarak doğal CML birikimi gösteren insan lens, arter ve deri dokularında da etkinlik gösterip göstermediği araştırılmıştır.
Çalışmadan elde edilen bulgular, geliştirilen CMLase enziminin protein yapısını bozmeden CML modifikasyonlarını uzaklaştırabildiğini göstermektedir. Proteomik analizlerde incelenen 33 CML bölgesinin 30’unda modifikasyon düzeyinin azaldığı, bunların 21’inde azalmanın %50’nin, yedisinde ise %90’ın üzerinde olduğu bildirilmiştir. ELISA analizleri, farklı proteinlerde CML düzeylerinin %52 ile %97 arasında değişen oranlarda azaldığını ortaya koymuştur. İnsan lens proteinlerinde gerçekleştirilen LC-MS/MS analizlerinde toplam CML miktarında azalma saptanırken, yaşlı bireylerden elde edilen arter ve deri dokularında yapılan immünohistokimyasal incelemelerde CML boyanmasının enzim uygulaması sonrasında belirgin biçimde düştüğü gözlemlenmiştir. Bulgular ayrıca enzimin, protein omurgasında parçalanmaya yol açmadan CML modifikasyonlarını hedefleyebildiğini ve hem yapay olarak glikasyona uğratılmış hem de doğal olarak yaşlanmış proteinlerde aktivite gösterebildiğini ortaya koymaktadır.
Araştırmacılar, elde edilen sonuçların proteinlere bağlanmış CML modifikasyonlarının enzimatik olarak uzaklaştırılabileceğini gösteren bir kavram kanıtı (proof-of-concept) sunduğunu belirtmektedir. Bununla birlikte çalışmanın yalnızca CML modifikasyonuna odaklandığı, diğer ileri glikasyon son ürünleri üzerindeki etkinliğin değerlendirilmediği ifade edilmektedir. Ayrıca enzimin canlı organizmalardaki etkinliği, farklı dokulara ulaşabilirliği, uzun dönem güvenliği ve yaşlanmayla ilişkili diğer protein modifikasyonları üzerindeki performansının gelecekte yapılacak çalışmalarla incelenmesi gerektiği vurgulanmaktadır. Yazarlar, bu bulguların protein glikasyonunun enzimatik olarak hedeflenmesine yönelik araştırmalar için deneysel bir çerçeve sunduğunu değerlendirmektedir.
Yazar: Melissa ÖNER
Editör: Damla Özdemir
Referans: Trabosh, N., Smith, J., Hsu, M. Y.-H., Panja, S., Nagaraj, R., Olsson, N., McAllister, F. E., & Cravens, A. (2026). Reversal of protein chemical aging by enzymatic deglycation. Nature Communications, 17, Article 5926. https://doi.org/10.1038/s41467-026-75141-2
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
