Biliminsanları yıllardır sigaranın DNA hasarına, bunun da akciğer kanserine sebep olduğunu biliyor. Şimdi ise ilk kez, UNC Tıp Fakültesi’ndeki biliminsanları tarafından, genomdaki DNA hasarının başarılı bir biçimde haritasının çıkarılmasını sağlayan bir yöntem geliştirildi.
Bu buluş, Kuzey Karolina Tıp Fakültesi’nden Biyokimya ve Biyofizik Profesörü Sarah Graham Kenan ve Nobel Ödüllü Aziz Sancar’ın laboratuvarından çıktı. Proceedings of the National Academy of Sciencesdergisinde yayımlanan çalışmalarında Sancar ve ekibi, sıkça ortaya çıkan bir DNA hasarının onarılmakta olduğu noktaların genom üzerinde yerlerini gözler önüne seren, bir nevi haritalayan bir teknik geliştirdiler. Daha sonra bu tekniği karsinojenlerin başlıcalarından olan benzo[α]piren adlı kimyasal tarafından sonuçlanan tüm DNA hasarlarının haritalanmasında kullandılar.
Sancar bu kimyasal ve onun üzerindeki çalışmalarıyla ilgili şu sözleri kullanıyor; “Bu, Amerika’da görülen akciğer kanseri sebepli ölümlerin yüzde 30’undan sorumlu bir karsinojen ve biz artık bu maddenin sebep olduğu hasarların bütün genom üzerindeki haritasına sahibiz.”
Bu gibi haritalar biliminsanlarının sigara kaynaklı kanserlerin nasıl ortaya çıktığını, neden bazı insanların bu tip kansere daha yatkın ya da daha dirençli olduğunu ve bu kanser vakalarının nasıl engellenebileceğini anlamalarına yardımcı olacak. Ayrıca Sancar, böylece bu konuya dikkat çekilmesinin ve böylesi bir açıklıkta sigaranın hücresel seviyede DNA hasarına nasıl sebep olduğunun gözler önüne serilmesinin, bazı sigara tiryakilerinin alışkanlıklarından vazgeçmelerini sağlamasını umuyor. Sadece Amerika’da yaklaşık 40 milyon kişi sigara kullanıyor, bu sayı dünya çapında yaklaşık 1 milyar.
Sancar sözlerine şunları ekleyerek devam ediyor: “Eğer bu bulgular sigara içmenin ne kadar zararlı olduğu konusundaki farkındalığı biraz olsun arttırırsa bu güzel olacak. Eğer DNA hasarının bütün genom üzerinde nasıl onarıldığını bilirsek, bu ayrıca ilaç geliştiriciler için de çok yardımcı olacaktır.”
BaP: Dünyadaki en etkili kimyasal karsinojen mi?
Benzo[α]piren (BaP), basit, güçlü, karbon zengini hidrokarbonlardan oluşan (polisiklik aromatik hidrokarbonlar – polycyclic aromatic hydrocarbons) bir ailenin üyesi; bu ailenin üyesi olan hidrokarbonlar uzayda bile oluşabilmekte. Biliminsanları bu moleküllerin Dünyada ve diğer gezegenlerde basit karbon temelli canlılığın ortaya çıkmasından sorumlu olduğunu düşünüyor. Fakat insanlar gibi, daha gelişmiş ve DNA temelli kompleks canlılar için BaP büyük bir çevresel tehdit oluşturabiliyor. Bu, tütün bitkileri gibi organik bileşiklerin yakılması sonucu ortaya çıkan bir yan ürün. Orman yangınlarından dizel motorlar ve barbekü ocaklarına kadar, günlük hayatımız içerisinde gerçekleşen pek çok yanma reaksiyonu, pek çok BaP molekülünün havaya, toprağa ve yemeklerimize karışmasına sebep oluyor. Fakat hiçbiri sigara içmek kadar insan vücuduna BaP girmesine sebep olmuyor.
Genellikle eğer toksik bir hidrokarbon insan vücuduna solunum veya beslenme yoluyla girerse, kanımızdaki bazı enzimler bu molekülleri daha küçük ve daha tehlikesiz moleküllere parçalarlar. Bu BaP için de geçerli, fakat bu sefer koruyucu amaçlı mekanizma benzo[α]piren diol epoksid (BPDE) olarak adlandırılan ve aslında BaP’ın kendisinden daha zararlı olan bir yan ürün oluşturuyor.
BPDE, DNA ile kimyasal reaksiyona giriyor ve DNA’daki guanin bazları ile çok sıkı bir bağ kuruyor. Bu bağlar, başka bir deyişle DNA-katımı ise (DNA adducts), DNA’nın düzgün proteinler üretebilmesini ve hücre bölünmesi sırasında düzgünce eşlenebilmesini engelliyor. Bunun sonucunda da hastalıklar ortaya çıkıyor.
Bu çalışmanın birinci yazarı olan Dr. Wentao Li şöyle söylüyor: “Eğer BPDE bir tümör bastırıcı (tumor suppresor) gen üzerinde bozulmaya sebep olursa, bu durum kalıcı mutasyonlara yol açar ve hücre bir kanser hücresine dönüşür.”
Bu kimyasal reaksiyonun kansere sebep olduğu konusunda bir şüphe yok. Eğer bir laboratuvar faresinin derisine biraz BaP sürerseniz, tümörlerin patlak vereceği neredeyse kesindir. BaP, BPDE dolayısıyla çok uzun süredir pek çok kanser türünün tetikleyici ve akciğer kanserinin tek ve en güçlü sebebi olarak kabul edilmektedir.
Onarım aşaması
Sancar’ın BaP kaynaklı DNA hasarının haritalanmasını sağlayan yöntemi, biliminsanlarının hücre içerisinde DNA hasarının onarılmaya çalışıldığı noktaları saptamasına olanak sağlayacak. Sancar daha önce bu DNA onarımının biyokimyasal basamaklarının detaylıca aydınlatılmasında rol alarak 2015 Nobel Kimya ödülünü paylaştı.
Nükleotid eksizyon onarımı olarak adlandırılan bu onarım mekanizması, DNA’nın kesilip biçilmesinden, bir nevi DNA cerrahlığından sorumlu özel proteinlerin takviyesini içeriyor. Bu proteinler DNA’nın hasarlı parçalarını kırpıyorlar. Eğer bu süreç başarılı tamamlanırsa, DNA sentezleyen enzimler, bu boşluğu hasarlı olmayan DNA eşini baz alarak dolduruyor. Bu, bütün hücre temelli yaşam formlarının 2 komplemanter DNA ipliği bulundurması sayesinde mümkün olabiliyor. Bu süreç işlerken de kesilip atılmış olan hasarlı DNA parçası, hücrenin çöp toplayıcısı rolünü üstlenen proteinler tarafından imha edilene dek hücre içerisinde serbestçe yüzüyor.
Bu serbestçe yüzen hasarlı DNA parçaları hücre için çöp olabilir, fakat hücredeki DNA hasarını haritalamayı amaçlayan biliminsanları için altın değerindeler. Bu yeni metot sayesinde biliminsanları bütün bu kesilip atılmış olan parçaları işaretleyip, bir araya getirip sekanslayabiliyor ve tıpkı bir yapbozun parçalarını birleştirir gibi bir sıraya dizerek genomun haritasını oluşturabiliyorlar. Sonuç olarak biliminsanları DNA onarımının başladığı parçaların tamamlanmış bir haritasını elde etmeyi başardı.
Yüksek maliyeti ve çok emek gerektirmesi sebebiyle Sancar, Li ve meslektaşlarının yayımladıkları ilk harita mümkün olan en yüksek hassasiyete, çözünürlüğe sahip değildi. Fakat, özellikle de maliyetinin azalmasıyla birlikte, bu tarz haritalama işlemlerinin DNA-hasarlarının hastalıklara ve ölüme nasıl sebep olduğunu anlamamıza yardımcı olacak rutin işlemler haline geleceğine dair bir ipucu veriyor.
Bu haritalandırma tekniği pek çok soruya cevap bulunmasında yardımcı olabilir, örneğin:
- Bir insanda nükleotid eksizyon onarımı kapasitesine karşı koyabilmek için belli bir toksinin ne kadar yüksek bir dozda bulunması gerekir?
- Hangi genlerdeki hangi varyasyonlar insanların daha çok veya daha az DNA onarımı kapasitesine sahip olmasına sebep oluyor?
- Genomda başarılı onarımın gerçekleşmesi ihtimalinin daha az olduğu belli noktalar var mı?
Ortalama hassasiyete sahip olan bu ilk haritalamayla bile Sancar ve ekibi, BPDE’nin, sitozinlerin (C) yakınındaki guaninleri (G), timin (T) veya adenin (A) yakınındaki guaninlere oranla daha çok etkilediğini göstermeyi başardı. Bu da gösteriyor ki genom üzerinde BPDE tarafından etkilenmeye daha yatkın olan belirli bölgeler var.
Li bu bilginin önemini şu sözlerle vurguluyor: “Bu çifte standardın anlaşılması, BaP gibi toksinlere maruz kalmanın neden belli genler üzerinde mutasyon oluşmasına sebep olduğunu daha iyi anlamamızı sağlayabilir.”
İleriye bakarken
2015 ve 2016’da yayımlanan çalışmalarda, Sancar ve ekip arkadaşları şu anda kullandıkları haritalama tekniğinin daha eski bir versiyonunu kullanarak, biri ultraviyole ışığı kaynaklı diğeri ise yaygın kimyasal ilaç cisplatin kaynaklı iki farklı DNA-katım hasar tipini daha haritaladı. Bu haritalama çalışmaları fazladan bir kimyasal aşama gerektirdi: DNA’yı sekanslamadan önce, kesilmiş olan o parçadaki hatayı ortadan kaldırmak; çünkü, aksi takdirde DNA’yı sekanslamak için gerekli olan enzim ekleme kısmında takılı kalıyordu. Fakat kullandıkları yeni teknik translezyonal (translesional) enzimler adı verilen ve büyük bir DNA hasarı, BPDE-katımı bulunsa bile DNA’yı okumaya devam edebilen bir enzim kullanıyor. Sancar’a göre, “Bu yeni metot nükleotid eksizyon onarımı mekanizmasını içeren her çeşit DNA hasarına uygulanabilir.”
Sancar, Li ve ekip arkadaşları şimdilerde diğer çevresel toksinlerle bağlantılı DNA hasarı onarım mekanizmalarını haritalamak için yeni bir yöntem kullanıyorlar. Sıradaki projeleri, küf mantarları tarafından üretilen ve kötü bir şekilde saklanan fındıklarda ve tahıllarda sıkça rastlanan aflatoksinler üzerine. Bu toksinler DNA’ya hasar veriyorlar ve gelişmekte olan ülkelerde karaciğer kanserinin en büyük sebeplerinden biriler.
Araştırmacılar ayrıca nükleotid eksizyon onarımının gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini veya nerede gerçekleşeceğini etkileyen faktörleri ortaya çıkarmaya çalışıyor. Bunun için sadece DNA onarımı sırasında kesilen hasarlı parçaları bulmaları değil, bütün genomun üzerinde gerçekten hasarlı olan her noktanın haritasını çıkarmaları gerekiyor.
Bu tarz bir proje üzerinde çalışılırken, DNA üzerinde ultraviyole ışınları dolayısıyla ortaya çıkan DNA hasarının genom üzerindeki haritasının çıkarılmasını çok hassas ve yüksek kaliteyle başaran bir teknik daha önce geliştirilmişti. Bu tekniği DNA onarımı haritalanması tekniğiyle birleştirdiklerinde, DNA hasarının genomda homojen, eşit bir dağılım gösterdiğini fakat DNA onarımı için aynı şeyin söz konusu olmadığını gördüler. DNA onarımı, DNA’nın belli bir parçasının ne kadar sık protein üretimi için ekspresyon gösterdiği gibi pek çok faktörden etkileniyor. Şu anda bu metodu, daha önce elde ettikleri onarım haritasına tamamlayıcı olabilmesi ve daha iyi aydınlatabilmesi için BaP ile birleştiriyorlar.
Bu genom üzerinde DNA onarımının görece az olduğu ve mutasyon oluşumu ihtimalinin fazla olduğu bölgelerin var olduğuna işaret ediyor. Sancar bu çalışmanın sonuçlarıyla ilgili görüşlerini söyle dile getiriyor: “Eminim ki bütün bu bilgi, bizim neden bazı insanların kansere daha yatkın olduğunu ve sigara sonucu oluşan mutasyonların hangilerinin spesifik olarak kansere sebep olduğunu daha iyi anlamamızı sağlayacak.”
Ve bunları anlamamız da şüphesiz daha başarılı, daha odaklı terapilerin geliştirilmesini sağlayacaktır.
